Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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.

2

Pojedynczy foton

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2022

|

Vol. 63, Nr 6

18--28

PL

Pojedynczy foton zachowuje się tak samo jak fala elektromagnetyczna złożona z wielu fotonów. Ściśle pojedynczy foton, co najwyżej splątany w parę – świadka i posłańca/zwiastuna, jest przedmiotem zainteresowania informacyjnych technik kwantowych ITK. Foton może byś splątany jednocześnie w wiele par lub grup. Foton jest idealnym kubitem/kuditem lotnym. ITK wymaga umiejętności ściśle deterministycznej generacji pojedynczego fotonu, a następnie jego precyzyjnej, najlepiej jak najmniej stratnej transmisji, ewentualnego przetwarzania i detekcji. Konieczna jest także umiejętność deterministycznej generacji strumienia pojedynczych fotonów. Strumień sub-Poissonowski fotonów nieklastrowanych (nieklasyczny stan ściśnięty) generowany z klasycznego lasera bardzo wysokiej jakości jest niewystarczający. Z pojęciem techniki operacyjnej pojedynczych fotonów związane jest zagadnienie rozróżnialności. Rozróżnialność fotonu zależy od wielu czynników, w tym determinizmu i technologii emitera. Emitery syntetyczne nie gwarantują nierozróżnialności. Foton w idealnych aplikacjach ITK musi być ściśle nierozróżnialny. Nieco inaczej jest w rozwiązaniach praktycznych, gdzie rozróżnialność fotonu jest problemem statystycznym, i posiada konkretną wartość. Artykuł opisuje niektóre wybrane zagadnienia szybko rozwijającej się techniki pojedynczego fotonu.

EN

A single photon behaves in the same way as an electromagnetic wave composed of many photons. A strictly single photon, or at best entangled in a pair – a witness and a messenger/herald - is of interest to QIT quantum information techniques. The photon can be entangled simultaneously into many pairs or groups. The photon is an ideal flying qubit/qudit. QIT requires the ability of a strictly deterministic generation of a single photon, and then its precise, preferably the least lossy transmission, processing and detection. It is also necessary to be able to generate a deterministic flux of single photons. The sub-Poissonian flux of non-clustered photons (non-classical squeezed state) generated by a classical laser of a very high quality is insufficient. The concept of single photon operational technique is related to the issue of discrimination, called more precisely as indistinguishability. Photon indistinguishability depends on many factors, including emitter determinism and technology. Synthetic emitters are not guaranteed to be indistinguishable. The photon in ideal QIT applications must be strictly indistinguishable. The situation is slightly different in practical solutions, where photon discrimination is a statistical problem and has a specific value. The article describes some of the chosen issues of the very fast developing single photon technique.

3

Nadprzewodnikowe detektory promieniowania

Sosnowski Jacek

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2022

|

Vol. 63, Nr 5

26--28

PL

W artykule przedyskutowano coraz bardziej rozwijającą się problematykę detektorów nadprzewodnikowych, stosowanych do rejestracji promieniowania elektromagnetycznego, w tym nawet pojedynczych fotonów, a także cząstek i zjonizowanych atomów. Przybliżono rodzaje takich bolometrów, zasadę ich działania i ewentualne perspektywy zastosowań w różnych działach elektroniki, a także fizyki jądrowej.

EN

The article discusses the increasingly developing problem of superconducting detectors used to register electromagnetic radiation, including even single photons, as well as particles and ionized atoms. The types of such bolometers, the principle of their operation and possible application perspectives in various branches of electronics, as well as nuclear physics, are discussed.