Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Kwantowa Europa, kwantowa Polska

Romaniuk Ryszard

Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne

|

2023

|

nr 2

20--30

PL

Informacyjne Technologie Kwantowe ITK obejmują komputing kwantowy, telekomunikację kwantową, oraz metrologię kwantową i synchronizację. Obszary te są ściśle powiązane ze sobą, gdyż bazują na jednym wspólnym fundamencie zjawisk kwantowych. Kwantowy kanał informacyjny i proces transmisji w nim informacji klasycznej i kwantowej jest rodzajem operacji kwantowej, analogicznej do tej która jest wykonywana w systemach komputingu kwantowego. W obu przypadkach fundamentem są zasoby kwantowe. Operacje kwantowe w warunkach rzeczywistych podlegają zakłóceniom wynikłym z istnienia wybiórczych kanałów dekoherencji i sprzężenia świata kwantowego z termodynamicznym środowiskiem makro. Stąd, tak chętnie techniki kwantowe korzystają z fotonów, ponieważ są one stosunkowo odporne na dekoherencję. Jedną z najbardziej obiecujących opcji budowy homogenicznych systemów kwantowych obejmujących komputing i teleinformatykę stanowi fotonika kwantowa, odmienna od fotoniki klasycznej. Nie jest to jednak obecnie metoda najprostsza. Na drodze realizacji takiego homogenicznego systemu konieczne są bada- nia, testy, innowacje i budowa funkcjonalnych urządzeń, systemów i aplikacji zapewniających odpowiedni poziom cyberbezpieczeństwa kwantowego. Przestawienie opcji rozwoju telekomunikacji i komputingu na kwanty wymaga koordynacji na poziomie globalnym, tutaj mówimy o poziomie europejskim, dużych programów badawczych, projektów wspomagających kluczowe kierunki rozwojowe, współdziałania z inicjatywami krajowymi i biznesowymi.

EN

Quantum Information Technologies QIT include quantum computing, quantum telecommunications, quantum metrology and synchronization. These areas are closely related to each other because they are based on one common foundation of quantum phenomena. The quantum information channel and the process of transmission of classical and quantum information in it is a kind of quantum operation, analogous to the one performed in quantum computing systems. In both cases, quantum resources are the foundation. Quantum operations in real conditions are subject to disturbances resulting from the existence of selective decoherence channels and the coupling of the quantum world with the thermodynamic macro environment. Hence, quantum techniques are so eager to use photons, because they are relatively resistant to decoherence. One of the most promising options for building homogeneous quantum systems involving computing and QIT is quantum photonics, which is different from classical photon- ics. However, this is currently not the simplest method. On the way to the implementation of such a homogeneous system, research, tests, innovations and the construction of functional devices, systems and applications ensuring an appropriate level of quantum cybersecurity are necessary. Switching telecommunications and computing development options to quanta requires coordination at the global level, here we are talking about the European level, large research programs, projects supporting key development directions, cooperation with national and business initiatives.

2

Obrazowanie kwantowe

Romaniuk Ryszard S.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 1

15--24

PL

Informacyjne techniki kwantowe obejmują obok komputingu kwantowego także obrazowanie kwantowe (OK). Obrazowanie kwantowe jest jednocześnie fragmentem optyki kwantowej. Podobnie do obrazowania klasycznego, obrazowanie kwantowe jest procesem który zawiera warstwę sprzętową, po stronie nadawczej i odbiorczej, i warstwę programistyczną, jak akwizycji obrazu, czyli np. oświetlenia/prześwietlenia lub nie obiektu, identyfikacji scenerii, detekcji odpowiedniego fragmentu sceny, zapisu danych, transmisji danych, przetwarzania. Większość z tych elementów procesu obrazowania może mieć charakter kwantowy. Jeśli scena jest oświetlona to światło może być nieklasyczne kwantowe, sub-Poissonowskie. Scenę można oświetlać także deterministycznymi pojedynczymi fotonami lub parą fotonów splątanych z zastosowaniem techniki fotonu zwiastowanego. Po stronie odbiorczej w obrazowaniu kwantowym można stosować fotodetektory i kamery jednofotonowe. Kwantowe dwufotonowe obrazowanie koincydencyjne tworzy obraz przez łączenie informacji z dwóch detektorów: wysokorozdzielczej matrycy CCD nie obserwującej obiektu i jednopikselowego detektora obserwującego obiekt. Para splątanych fotonów jest detekowana przez oba detektory jednocześnie. Jeden foton z pary, sygnałowy, pada na obiekt, oddziałuje z nim, i następnie jest rejestrowany przez detektor jednopikselowy. Drugi foton pary, zwiastowany, podąża inną drogą optyczną do detektora CCD. Klasyczna metoda obrazowania koincydencyjnego używa skorelowanych wiązek koherentnych bez wykorzystania splątania fotonów. Korelacyjne obrazowanie kwantowe redukuje SNR. W kwantowym obrazowaniu fluorescencyjnym, a także z zastosowaniem fali materialnej de Broglie np. z atomami He, możliwe jest obejście klasycznego ograniczenia Rayleigha-Abbego rozdzielczości obrazu optycznego tylko do 200 nm. Osiągane rozdzielczości obrazowania kwantowego są na poziomie pojedynczych nm.

EN

Quantum information techniques include, aside from quantum computing, also quantum imaging (QI). Quantum imaging is also a part of quantum optics. Similar to classical imaging, quantum imaging is a process that includes a hardware layer, on the transmitting and receiving side, and programmatic layer like: image acquisition, i.e. lighting/trans illumination of an object, identification of the scenery, detection of the appropriate part of the scene, data recording, data transmission, processing. Most of these elements of the imaging process can be quantum in nature. If the stage is lit, the light may be non-classical quantum, sub-Poissonian. The scene can also be illuminated with deterministic single photons or a pair of entangled photons using the heralded photon technique. On the receiving side, in quantum imaging, photodetectors and single-photon cameras can be used. Quantum two-photon coincidence imaging (ghost imaging) creates an image by combining information from two detectors: a high-resolution CCD not observing the object and one-pixel detector that observes the object. A pair of entangled photons is detected by both detectors simultaneously. One photon from the pair, the signal photon, falls on the object and is then registered by a one-pixel detector. The second photon of the pair, heralded, follows a different optical path to the CCD detector. The classical method of coincidence imaging uses correlated coherent beams without the use of photon entanglement. Correlational quantum imaging reduces the SNR. In quantum fluorescence imaging, as well as using de Broglie material waves with Helium atoms, it is possible to circumvent the classic Rayleigh-Abbe limitation of the optical image resolution to 200 nm. The obtainable resolutions of quantum imaging reach the level of single nm.

3

Pojedynczy foton : źródła i detektory

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2022

|

Vol. 63, Nr 7

27--35

PL

Pojedynczy foton jest izolowanym elementarnym pojedynczym pobudzeniem normalnego rodzaju (modu) pola elektromagnetycznego. Drgania swobodne wewnątrz ograniczonej w pewnym zakresie wymiarowo i czasowo paczki falowej tworzą falę stojącą. W optyce kwantowej stany pojedynczego fotonu są superpozycją monochromatycznych modów promieniowania EM. Foton jako elementarny stan kwantowy fali EM emitowany probabilistycznie przez źródło podlega statystyce zależnej od tego źródła. Pojedynczy foton emitowany przez idealne źródło podlega statystyce sub-Possonowskiej, czyli jest w warunkach idealnych emitowany przez źródło o takim rozkładzie liczby fotonów którego wartość średnia wynosi jeden a wariancja zero. Źródła idealne nie istnieją, a więc emisja i detekcja pojedynczego fotonu jest prawie zawsze probabilistyczna. W przypadku emisji pojedynczego fotonu z izolowanego dwupoziomowego układu kwantowego, np. atomu mówimy o emisji deterministycznej. Emitowany pojedynczy foton niesie sygnatury swojego źródła w postaci różnic spektralnych, oraz modu fali EM, czystości/jakości, kształtu obwiedni paczki falowej. Obwiednia falowa pojedynczego fotonu jest rozciągła w przestrzeni i zmienna, charakterystyczna dla niego. Mówimy, że foton jest lub rezyduje w rodzaju (modzie) pola EM - przestrzennym, fali ciągłej, impulsowym trybie czasowym. Moment kwantowej detekcji fotonu może być zależny od detektora, czyli rodzaju kwantowego absorbera w detektorze, który w określony sposób zareaguje na mod fali EM fotonu. Pojedyncze izolowane fotony, jako nośniki informacji kwantowej, w układzie sygnałowym pojedynczym, ale też szeregowym i równoległym, mierzone pod względem nierozróżnialności metodą HOM, oraz ich w miarę deterministyczne (lub na żądanie) źródła i detektory są obecnie niezastąpionymi komponentami rozwijających się informacyjnych technik kwantowych ITK. Te techniki obejmują metrologię kwantową, komputing kwantowy, obrazowanie kwantowe, komunikację kwantową, generację przypadkowości kwantowej, niskoszumną i niskosygnałową detekcję sygnałów.

EN

A single photon is an isolated elementary single excitation of a normal type (mode) of an electromagnetic field. The free vibrations inside the wave packet, which is limited to a certain extent in terms of dimensions and time, create a standing wave. In quantum optics, single photon states are a superposition of monochromatic EM radiation modes. A photon as an elementary quantum state of an EM wave emitted probabilistically by a source is subject to statistics depending on this source. A single photon emitted by an ideal source is subject to sub-Poissonian statistics, i.e. it is ideally emitted by a source with such a distribution of the number of photons whose mean value is one and the variance is zero. Ideal sources do not exist, so the emission and detection of a single photon is almost always probabilistic. In the case of a single photon emission from an isolated two-level quantum system, e.g. an atom, we speak of a deterministic emission. The emitted single photon carries the signatures of its source in the form of spectral differences, and the EM wave mode, purity / quality, shape of the wave packet envelope, or waveform . The waveform of a single photon is extended in space and is a variable characteristic of it. We say that the photon is or resides in the EM field mode - spatial, continuous wave, pulsed time mode. The moment of quantum detection of a photon may depend on the detector, i.e. the type of quantum absorber in the detector, which will react in a specific way to the photon EM wave mode. Single isolated photons as carriers of quantum information in a single, serial and parallel signal system, measured in terms of indistinguishability by the HOM method, and their relatively deterministic (or on demand) sources and detectors are nowadays indispensable components of the developing IQT information quantum techniques. These techniques include quantum metrology, quantum computing, quantum imaging, quantum communication, quantum randomness generation, quantum low noise and low signal detection.

4

Current Advances in Information Quantum Technologies : Critical Issues

Nałęcz-Charkiewicz Katarzyna, Meles Jana, Rzęsa Wioleta, Wojciechowski Andrzej A., Warchulski Eryk, Kania Kacper, Stypułkowska Justyna, Fluder Grzegorz, Romaniuk Ryszard S.

International Journal of Electronics and Telecommunications

|

2021

|

Vol. 67, No. 3

497--505

EN

This article reviews chosen topics related to the development of Information Quantum Technologies in the major areas of measurements, communications, and computing. These fields start to build their ecosystems which in the future will probably coalesce into a homogeneous quantum information layer consisting of such interconnected components as quantum internet, full size quantum computers with efficient error corrections and ultrasensitive quantum metrology nodes stationary and mobile. Today, however, the skepticism expressing many doubts about the realizability of this optimistic view fights with a cheap optimism pouring out of some popular press releases. Where is the truth? Financing of the IQT by key players in research, development and markets substantially strengthens the optimistic side. Keeping the bright side with some reservations, we concentrate on showing the FAST pace of IQT developments in such areas as biological sciences, quantum evolutionary computations, quantum internet and some of its components.

5

Quantum 2.0

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 2

3--11

PL

Pod pojęciem technika kwantowa a w tym fotonika kwantowa rozumiemy tutaj elementy i układy, oraz metody i konstrukcje wykorzystywane w informacyjnych technologiach kwantowych nazywanych w literaturze dumnie i chyba jeszcze nieco na wyrost epoką Quantum 2.0. Niektóre z produktów epoki Q 2.0 są już na rynku. Można zamówić i kupić kwantowy grawimetr absolutny, kwantowy fotoniczny zegar atomowy dokładniejszy o co najmniej rząd wielkości od fontanny cezowej, a także można sobie samemu zbudować z dostępnych na rynku elementów swój komputer kwantowy elementarnej klasy NISQ. Elektronika testowa i kwantowe środowisko programistyczne ARTIQ i SINARA kosztują relatywnie niewiele, bo w wersji podstawowej zaledwie kilkanaście tysięcy Euro. Znacznie droższe jest serce kwantowe komputera NISQ w postaci np. zestawu pułapek jonowych wymagających krio-chłodzenia i precyzyjnego sterowania laserowego. Alternatywnie do obliczeń można także skorzystać z chmury kwantowej oferowanej publicznie przez niektóre największe firmy informatyczne. Fotonika kwantowa jest stosowana w niemal wszystkich rozwiązaniach informacyjnych technologii kwantowych. Wymaga specjalnego rodzaju źródeł i detektorów promieniowania optycznego, jednoczęstotliwościowych i jednofotonowych, splątujących fotony, generujących kubity, modulatorów, funkcjonalnych elementów nieliniowych jak kowerterów częstotliwości, fotonicznych układów scalonych, sprzęgaczy, światłowodów jednopolaryzacyjnych itp. W pewnej części rozwiązań można stosować klasyczne komponenty fotoniczne dla wysokiej jakości telekomunikacji światłowodowej. Artykuł opracowano głównie na podstawie raportu OSA-OIDA.

EN

By quantum technology, including quantum photonics, we understand here components and systems, as well as methods and constructions used in quantum information technologies, which in literature are called proudly, and perhaps even slightly exaggerated, the era of Quantum 2.0. Some of the Q 2.0 era products are already on the market. You can order and buy an absolute quantum gravimeter, a quantum photonic atomic clock more accurate at least an order of magnitude than a Caesium fountain, and you can also build your own elementary NISQ quantum computer from the components available on the market. Test electronics and quantum programming environment ARTIQ and SINARA cost relatively little, because in the basic version only several thousand Euro. The quantum heart of the NISQ computer is much more expensive, e.g. a set of ion traps that require cryo-cooling and precise laser control. Alternatively, you can also take advantage of the quantum cloud offered to the public by some of the largest IT companies. Quantum photonics is used in almost all information solutions of quantum technologies. It requires a special type of optical radiation sources and detectors, single-frequency and singlephoton, photon entangling, generating qubits, modulators, functional non-linear elements such as frequency converters, photonic integrated circuits, couplers, single-polarizing optical fibers, etc. Some quantum applications may use standard photonic components for high quality fiber optic communications. The paper was prepared using mainly OSA-OIDA report.