Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Kudit fotonowy

Romaniuk Ryszard

Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne

|

2023

|

nr 3

13--19

PL

W swobodnej przestrzeni foton posiada dwa spinowe stopnie swobody, co oznacza że jest idealnym kubitem lotnym. Ze względu na charakter oddziaływania fotonu z materią źródła, modulatora i detektora, foton może teoretycznie łatwo przekazywać stan kwantowy kubitowi stacjonarnemu. Co umożliwia konkatenację kanału kwantowego. Kudit fotonowy jest oczywiście obszarem badań podstawowych i aplikacyjnych w dziedzinie nauki o fotonie (photon science), a w obszarze jego funkcjonalizacji w telekomunikacji i komputingu jest istotnym fragmentem inżynierii fotonu i nową gałęzią fotoniki. Inżynieria fotonu, dodając fotonowi dodatkowe stopnie swobody, czyni z niego kudit. Kudit fotonowy, posiadając wszystkie zalety fotonu, staje się nośnikiem potężnej porcji informacji kwantowej, jeśli tylko uda się funkcjonalizować tak bardzo złożony system kwantowy i sposób kodowania w nim informacji. W uproszczeniu, najefektywniejszą metodą produkcji funkcjonalnego kuditu fotonowego jest posiadanie odpowiedniego źródła potrafiącego generować złożone formaty pola elektromagnetycznego zawierającego pojedynczy foton idealny, lub złożone formaty fotonu pojedynczego lub wielokrotnego, w tym ułamkowego. Bardzo szeroką tematykę badawczą nad kuditami fotonowymi przybliżamy w niniejszej pracy kilkoma przykładami kierunków prac, w sposób daleki od wyczerpującego.

EN

In free space, a photon has two spin degrees of freedom, which means that it is a perfect flying qubit. Due to the nature of the interaction of the photon with the matter of the source, modulator and detector, the photon can theoretically easily transfer a quantum state to a stationary qubit. Which makes it possible to concatenate a quantum channel. Photon qudit is of course an area of basic and application research in the field of photon science, and in the area of its functionalization in telecommunications and computing. It is an important part of photon engineering and a new branch of photonics. The engineering of the photon, by adding additional degrees of freedom to the photon, makes it a qudit. The photon qudit, having all the advantages of a photon, becomes a carrier of a huge portion of quantum information, if only such a complex quantum system and the way of coding information in it can be functionalized. In simple terms, the most effective method of producing a functional photon qudit is to have an appropriate source capable of generating complex formats of the electromagnetic field containing a single ideal photon, or complex formats of a single or multiple photon, including a fractional photon. The very broad research topic on photon qudits is presented here, in a far from exhaustive way, with several examples of directions of work.

2

Jednofotonowy kwantowy grzebień częstotliwości

Romaniuk Ryszard S.

Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne

|

2023

|

nr 6

31--39

PL

Fotony są idealnymi nośnikami informacji kwantowej na dowolną odległość. Marzeniem jest budowa homogenicznego fotonicznego kwantowego systemu telekomunikacyjnego. W porównaniu z innymi technologiami fotony są kubitami i kuditami lotnymi. Nie ma dla nich innej opcji w sensie zdelokalizowanym. Do zagospodarowania ich właściwości w sensie zlokalizowanym konieczne są fotoniczne układy scalone PIC nowej generacji, dostatecznie gęste funkcjonalnie w domenie przestrzeni. Taka wymagana gęstość funkcjonalna na drodze przelotu fotonu w układzie scalonym musi być znacznie większa od tego czym dysponujemy obecnie. Należy zawsze pamiętać przy projektowaniu układów funkcjonalizacji fotonu, że dla niego nie ma znaczenia czy odległość wynosi mikrometr, milimetr czy kilometr, nawet parsek, a czas jest zawsze i niezmiennie zero w jego układzie. To układ zewnętrzny musimy dopasować do fotonu. Trudność jak zwykle polega na ograniczeniu gęstości upakowania funkcji. Przestrzeń jest najcenniejszym parametrem układu PIC. Każdy odcinek pasywny jest dużą stratą w tej przestrzeni. Kudit fotonowy załadowany informacją w domenach przestrzeni i częstotliwości jest systemem kwantowym o wielu stopniach swobody, wielopoziomowym, wielostronnym. Można go żartobliwie porównać do ciężarówki z przyczepami. Typów takich ciężarówek jest wiele. Jedną z nich jest jednofotonowy kwantowy grzebień częstotliwości. W terminologii telekomunikacyjnej wielopoziomowy i wielostronny kudit fotonowy jest rodzajem multi-hiper-datagramu. Właściwości tego super-datagramu potrafimy wykorzystać na razie jedynie w bardzo podstawowym zakresie.

EN

Photons are ideal carriers of quantum information over any distance. The dream is to build a homogeneous photonic quantum telecommunications system. Compared to other technologies, photons are flying qubits and qudits. There is no other option for them in a delocalized sense. To harvest their properties in a localized sense, a new generation of photonic integrated circuits PIC with sufficient functional density in space domain are necessary. The required functional density along the path of a photon in an integrated circuit must be much higher than what we currently have. One should always remember when designing photon functionalization systems that it does not matter whether the distance is a micrometre, a millimetre or a kilometre, even a parsec, and time is always and invariably zero in its system. We must match the external system to the photon. The difficulty, as usual, lies in limiting the packing density of functions. Space is the most valuable parameter of the PIC chip. Each passive section is a big loss in this space. A photon qudit loaded with information in the space and frequency domains is a quantum system with many degrees of freedom, multi-level, multi-partite. It can be jokingly compared to a truck with trailers. There are many types of such trucks. One of them is the single-photon quantum frequency comb. In telecommunications terminology, a multi-level and multi-partite photon qudit is a type of multi-hiper-datagram. For now, we can use the properties of this superb-datagram only to a very basic extent.

3

Charakterystyki kuditu fotonowego

Romaniuk Ryszard

Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne

|

2023

|

nr 5

9--16

PL

Koncepcje realizacji węzłów sieci i komputingu kwantowego na bazie kuditów fotonowych są pod względem technicznym w początkowym etapie rozwoju, znacznie w tyle za technikami kubitowymi. Techniki kubitowe i kuditowe w przypadku fotonu są silnie skorelowane. Impuls rozwojowy fotoniczne techniki kubitowe otrzymały ze strony fotonicznych układów scalonych PIC i znacznego postępu w ich technologii. Sprawne logiczne fotoniczne kubitowe bramki kwantowe są realizowane przy pomocy liniowych układów mikro-fotonicznych. W tworzeniu topologii kubitowych układów bramkowych PIC wykorzystuje się właściwości teorii grafów. I jest to metoda tak skuteczna, że stosowany jest termin grafowa fotonika kwantowa. Grafowa teoria fotonicznych układów kwantowych jest rozszerzana na kudity. Możliwość taką zapewnia niezwykła elastyczność fotonu jako obiektu kwantowego, pojedynczego i klastrowanego, w postaci możliwości kształtowania jego stanów swobody i generacji stanów nieklasycznych. Kudit fotonowy poprzez swoją wielostronność i wielowymiarowość realizuje hipersplątanie w znacznie bogatszy sposób, jednak trudny do opanowania praktycznego. Naturalną metodą są próby zastosowania rozwiązań dobrze znanych w telekomunikacji i radioelektronice, czyli działania w domenach czasu, częstotliwości i przestrzeni. Działania te ujawniają fascynującą nieklasyczną naturę fotonu swobodnego, klastrowanego i hipersplątanego i potencjalnie uchylają drzwi do jego sprawnej funkcjonalizacji w postaci kuditu. Taka funkcjonalizacja nie będzie łatwa bo foton jest bardzo słabo reaktywny. Konieczne jest poszukiwanie metod rekompensujących.

EN

The concepts of network nodes implementation and quantum computing based on photon qudits are technically in the early stages of development, well behind qubit techniques. Photonic qubit and qudit technologies are strongly correlated. Photonic qubit techniques received a development impulse from photonic PIC integrated circuits and significant progress in their technology. Efficient logical photonic qubit quantum gates are implemented using linear micro-photonic circuits. The properties of graph theory are used in the creation of topologies of qubit PIC gate circuits. And this method is so effective that the term graph quantum photonics is used. The graph theory of photonic quantum systems is being extended to qudits. This possibility is ensured by the extraordinary flexibility of the photon as a quantum object, single and clustered, in the form of the possibility of shaping its states of freedom and generating non-classical states. The photon qudit, through its multipartition and multidimensionality, implements hyperentanglement in a much richer way, but difficult to master in practice. A natural method is to try to apply solutions well known in telecommunications and radioelectronics, i.e. actions in the domains of time, frequency and space. These activities reveal the fascinating non-classical nature of the free, clustered and hyperentangled photon and potentially open the door to its smart functionalization in the form of a qudit. Such functionalization will not be easy as a photon is hardly reactive. It is necessary to search for recompensation methods.