Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Students’ view of Quantum Information Technologies, part II

Wojtkowski Marcin, Bartoszewski Michał, Buchwald Wojciech, Joachimczyk Karolina, Kawala Ada, Romaniuk Ryszard S.

International Journal of Electronics and Telecommunications

|

2024

|

Vol. 70, No. 1

241--246

EN

The aim of the paper is to show how graduated engineering students in classical ICT view practically the advent of the QIT. The students do their theses in El.Eng. and ICT and were asked how to implement now or in the future the QIT in their current or future work. Most of them have strictly defined research topics and in some cases the realization stage is advanced. Thus, most of the potential QIT application areas are defined and quite narrow. In such a case, the issue to be considered is the incorporation of QIT components and interfaces into the existing ICT infrastructure, software and hardware alike, and propose a solution as a reasonable functional hybrid system. The QIT components or circuits are not standalone in most cases, they should be somehow incorporated into existing environment, with a measurable added value. Not an easy task indeed. We have to excuse the students if the proposed solutions are not ripe enough. The exercise was proposed as an on-purpose publication workshop, related strictly to the fast and fascinating development of the QIT. The paper is a continuation of publishing exercises with previous groups of students participating in QIT lectures.

2

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.

3

Quantum integrated photonics

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2023

|

Vol. 64, Nr 8

17--24

EN

Quantum integrated photonics (QIP) is one of the technological and system options for building quantum networks and compu ters. The carrier of multilateral, multidimensional quantum infor mation, in the state of coherent superposition and entanglement/ hyper-entanglement, is a single, most often heralded, or deter ministic photon or a cluster of photons. The material substrates for the operation of a photon qubit/qudit are photonic integrated circuits (PICs) and optical fibres. In such an environment, photons as qubits or qudits are generated, modulated and demodulated, transmitted and detected. Unlike other qubit technologies, the photon as a flying qubit is transformed reversibly in a material medium to a stationary form in resonant absorption and emission with the preservation of quantum information. The photon, as the only qubit/qudit, in zero time in its frame of reference, trans mits quantum information in the vacuum between the emission and absorption. The QIP technology potential results from the possibility of performing all quantum operations on the photon qubit/qudit using linear optics methods. These operations inc lude qubit operations in the time, frequency and space domains and the implementation of quantum gate logic. Quantum error correction, photon quality determination, indistinguishability, en tanglement distribution and distillation are possible. Hybrid, in terms of material, QIP systems, consisting of quantum-connec ted PICs, have the potential to implement universal computers and quantum networks. The paper is part of a cycle related to a lecture for PhD students on Quantum Information Technologies and Quantum Biophotonics.

PL

Kwantowa fotonika scalona (KFS) jest jedną z opcji technologicz nych i systemowych budowy kwantowych sieci i komputerów. Nośnikiem wielostronnej, wielowymiarowej informacji kwantowej w stanie koherentnej superpozycji, splątania i hipersplątania jest pojedynczy, najczęściej zwiastowany, lub deterministyczny foton lub klaster fotonów. Podłożem materialnym dla działania kubitu lub kuditu fotonowego są fotoniczne układy scalone (FUS) i światło wody. W takim środowisku fotony jako kubity lub kudity są genero wane, modulowane i demodulowane, transmitowane i detekowane. W odróżnieniu od innych technologii kubitowych foton jako ku bit lotny transformuje się, w ośrodku materialnym, w odwracalny sposób, do postaci stacjonarnej w akcie rezonansowej absorpcji i emisji z zachowaniem informacji kwantowej. Foton, jako jedyny kubit/kudit, w zerowym czasie w jego układzie odniesienia, trans mituje informację kwantową w próżni pomiędzy aktami emisji i absorpcji. Potencjał technologii KFS wynika z możliwości realiza cji na kubicie/kudicie fotonowym wszystkich operacji kwantowych metodami optyki liniowej. Te operacje obejmują operacje na kubi cie w domenach czasu, częstotliwości i przestrzeni, oraz realizację kwantowej logiki bramkowej. Możliwa jest korekcja błędów kwan towych, określanie jakości fotonów, nierozróżnialności, dystrybucja i destylacja splątania. Hybrydowe, pod względem materiałowym, systemy KFS, składające się z połączonych kwantowo FUS posia dają potencjał realizacji uniwersalnych komputerów i sieci kwan towych. Artykuł jest częścią cyklu związanego z wykładami dla doktorantów na temat Kwantowych Technologii Informacyjnych i Biofotoniki Kwantowej.

4

Komponenty internetu kwantowego

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2022

|

Vol. 63, Nr 2

18--26

PL

Internet kwantowy jest terminem używanym obecnie, choć zapewne na wyrost, w obszarze informacyjnych technik kwantowych ITK. Nieodpartą pokusą jest po prostu zastąpienie wszystkich elementów obecnej sieci globalnej komponentami z przymiotnikiem kwantowy. Hosty, serwery, modemy, koncentratory, karty sieciowe i wiele innych urządzeń, oprogramowanie, protokoły, itp. muszą być kwantowe. Tak niestety w ogólnym przypadku nie jest i droga do takiego stanu jest dość odległa. Innym podejściem, także odległym od realizacji praktycznej, jest zupełnie nowy projekt koncepcji sieci kwantowej bazujący nie na topologii klasycznej a na potencjalnej topologii umożliwiającej dystrybucję tylko tego co najważniejsze, czyli zasobów kwantowych jak koherencja, a szczególnie zasobów nielokalnych jak splątanie. Koncepcji budowy Internetu kwantowego jest kilka, przy czym najprostszą metodą jest jednak podążanie wydeptanymi ścieżkami. Do realizacji takiego najprostszego Internetu kwantowego potrzebne są między innymi pamięci kwantowe, wzmacniaki kwantowe, konwertery kubitów stacjonarnych w kubity lotne i odwrotnie, itp. Unia Europejska promuje rozwój w tym kierunku poprzez tworzenie filarów tematycznych np. Cyfrowa Europa w ramach programów ramowych, poprzednio H2020 a obecnie Horyzont Europa. Europejski Flagowiec Kwantowy EQF, Otwarte Środowisko Dystrybucji Klucza Kwantowego OpenQKD, Kwantowy Sojusz Internetowy QIA, Europejska Infrastruktura Komunikacji Kwantowej EuroQCI, są przykładami takich inicjatyw.

EN

Quantum Internet is a term that is already used today, though probably exaggerated, in quantum information techniques. It is an irresistible temptation to simply replace all the elements of the current global network with components with the adjective quantum. Hosts, servers, modems, hubs, network bridges and switches, network cards and many other devices, software, protocols, etc. must be quantum. Unfortunately, this is not the case and the road to such a state is quite distant. Another approach, also distant from practical implementation, is a completely new design of the concept of a quantum network based not on a classical topology but on a potential topology allowing the distribution of only what is most important, i.e., quantum resources, in particular nonlocal resources. There are several concepts for building the quantum Internet, and the simplest method is to follow well-trodden paths. To implement such the simplest quantum Internet, you need, among others, quantum memories, quantum repeaters, stationary qubit converters to flying qubits and vice versa, etc. The European Union promotes development in this direction by creating thematic pillars, eg. Digital Europe within the framework programs, previously H2020 and now Horizon Europe. The European Quantum Flagship EQF, the OpenQKD Quantum Key Distribution Environment, the QIA Quantum Internet Alliance, the EuroQCI European Quantum Communication Infrastructure are examples of such initiatives.

5

Quantum networks in the presence of the Rashba effect and a magnetic field

Bercioux D., Governale M., Cataudella V., Ramaglia V. M.

Materials Science Poland

|

2004

|

Vol. 22, No. 4

553--563

EN

We use a simple formalism to calculate the conductance of any quantum network consisting of single-channel one-dimensional quantum wires in the presence of Rashba spin-orbit coupling and a coupling magnetic field. We show that the Rashba effect may give rise to an electron localization phenomenon similar to the Aharonov-Bohm effect. This localization effect can be attributed to spin precession due to the Rashba effect. We present results for linear transport through a finite-size chain connected to leads, taking also the effect of disorder into account. The effects of applying a magnetic field and Rashba spinorbit coupling are studied in two-dimensional networks, showing that their interplay can lead the system to a transition between localized and anti-localized behaviour.