Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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.

2

Teleinformatyka kwantowa

Romaniuk Ryszard S.

Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne

|

2022

|

nr 5

654--665

PL

Technologia kwantowa jest obszarem coraz skuteczniej funkcjonalizującym zjawiska mechaniki kwantowej, nie tylko jak to robiono dotychczas z sukcesem, czyli głównie poprzez inżynierię przerwy zabronionej. Epoka Quantum-1 dała nam układy scalone, lasery, czujniki, komputery, informatykę, telekomunikację światłowodową i satelitarną. W wielu obszarach Quantum-1 doszliśmy, lub za jakiś czas dojdziemy, do granic technologicznych. Świat naukowy zauważył możliwość dalszego, nie ewolucyjnego, ale skokowego rozwoju wymienionych technologii poprzez zmianę epoki na coś co dzisiaj nazywamy Quantum 2. Quantum 2 nie bazuje na przerwie zabronionej tak jak Quantum 1, ale usiłuje dowolnie manipulować pojedynczym izolowanym, a także grupą skorelowanych układów kwantowych. Za taką datę narodzin Quantum 2 uznaje się odkrycie przez Johna Stewarda Bella w 1964 roku nierówności i sformułowanie na jej podstawie prawa dotyczącego ścisłej granicy nielokalności kwantowej w układzie dwustronnym, lub jak dzisiaj mówimy dowodu splątania między Alicją i Bobem. J.S.Bell przedstawił możliwość prostej i ścisłej eksperymentalnej weryfikacji paradoksu EPR z roku 1934 poprzez statystyczny pomiar korelacji kwantowych. Nie od razu skonsumowano to genialne odkrycie. Pierwszy prosty eksperyment weryfikacyjny prawdziwość naruszenie nierówności wykonał zespół Johna Clausera w r. 1979 na podstawie wyprowadzonej w roku 1969 nierówności klasy Bella - CHSH. Pełny eksperyment, jednak bez unikania większości luk pomiarowych, wykonał po raz pierwszy zespół Alaina Aspecta w roku 1982. Zespół Antona Zeilingera wykonał wiele testów Bella także w skali kosmicznej, pokazał pierwszy teleportację kwantową i możliwość manipulacji splątaniem poprzez jego przełączanie między kubitami. Clauser, Aspect i Zeilinger otrzymali nagrodę Nobla z fizyki za te osiągnięcia w roku 2022. Stanowią one bramę wejściową do epoki Quantum 2 i podstawę rozwoju informacyjnych technologii kwantowych na fizycznej platformie fotoniki kwantowej.

EN

Quantum technology is an area that is increasingly functionalizing the phenomena of quantum mechanics, not only as it has been successfully done so far, i.e. mainly through the forbidden gap engineering. The Quantum-1 era gave us integrated circuits, lasers, sensors, computers, IT, fiber optic and satellite telecommunications. In many areas of Quantum-1, we have reached or will come to technological limits in some time. The scientific world has noticed the possibility of a further, not evolutionary, but leapfrog development of these technologies by changing the epoch to what we now call Quantum-2. Quantum-2 is not based on a forbidden band like Quantum-1, but tries to arbitrarily manipulate a single isolated as well as a group of correlated quantum systems. The birth date of Quantum-2 is considered to be the discovery by John Steward Bell in 1964 of inequality and the formulation of a law on the strict limit of quantum nonlocality in a bilateral system, or as we speak today, the proof of entanglement between Alice and Bob. J.S.Bell presented the possibility of a simple and strict experimental verification of the EPR paradox from 1934 through the statistical measurement of quantum correlations. This brilliant discovery was not immediately consumed. The first simple experiment to verify the truth of the inequality was performed by John Clauser’s team in 1979 on the basis of the Bell-class CHSH inequality derived in 1969. The full experiment, but without avoiding all measurement loopholes, was first performed by Alain Aspect’s team in 1982. Anton Zeilinger’s team performed many Bell tests also on a cosmic scale, showed the first quantum teleportation and the possibility of manipulating entanglement by switching between qubits. Clauser, Aspect and Zeilinger were awarded the Nobel Prize in Physics for these achievements in 2022. They are the gateway to the Quantum-2 era and the basis for the development of quantum information technologies on the physical quantum photonics platform.

3

Superpozycja, koherencja, interferencja i splątanie kwantowe

Romaniuk Ryszard

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2021

|

Vol. 62, nr 8

23--30

PL

Superpozycja kwantowa jest fundamentalną zasadą mechaniki kwantowej a w informacyjnych technikach kwantowych jest fundamentalną przestrzenią istnienia kubitu, np. dwupoziomowego energetycznie, i jego ogólniejszej formy, wielopoziomowego energetycznie, kuditu. Dwa podstawowe/bazowe/czyste stany kwantowe kubitu mogą być dodane do siebie, nałożone, superponowane, współistnieć jednocześnie i rezultatem jest inny stan kwantowy tego kubitu. Każdy stan kwantowy kubitu może być reprezentowany jako suma dwóch różnych stanów kwantowych. Każdy stan kwantowy kuditu może być reprezentowany jako suma wielu różnych stanów kwantowych. Koherencja jest zasadniczą kategorią aby kubit był w stanie superpozycji. Koherencja kwantowa (i związana z nią interferencja) oraz splątanie są w pewnym sensie wspólnie zakorzenione w zasadzie superpozycji kwantowej. Koherencja i splątanie kwantowe są kategoriami zasobowo i operacyjnie pokrewnymi choć konceptualnie i ideologicznie odmiennymi. Zasobowe ujęcie tych kategorii stosuje wymienne miary ilościowe i jakościowe, pozwalające na analogiczną ocenę możliwości funkcjonalnych kwantowych systemów obliczeniowych i metrologicznych pozostających w stanie superpozycji, poprzez zgromadzone w nich zasoby koherencji i/lub splątania. Superpozycja kwantowa jest rodzajem fundamentu, na którym mierzalne ilościowo i jakościowo zasoby w postaci koherencji i splątania umożliwiają budowę technologii kwantowych i aplikacji. Miar tych zasobów kwantowych, prostszych dla stanów bazowych, bardziej złożonych dla stanów mieszanych, jest wiele określających je z różnych stron funkcjonalnych. Dla kwantowych stanów mieszanych definiowane są także inne miary jak np. niezgoda (discord) kwantowa.

EN

Quantum superposition is a fundamental principle of quantum mechanics, and in quantum information techniques it is the fundamental space for the existence of a qubit, two-level energy quantum system, and its more general form, multi-level energy quantum system, a qudit. Two fundamental / basis / pure quantum states of a qubit can be added together, superposed, coexist simultaneously, and the result is a different quantum state of this qubit. Each quantum state of a qubit can be represented as the sum of two different quantum states. Each qudit quantum state can be represented as the sum of many different quantum states. Coherence is an essential category for a qubit to be in superposition. Quantum coherence (and the associated interference) and entanglement are, in a sense, co-rooted in the principle of quantum superposition. Coherence and quantum entanglement are categories in terms of resources and operationally related, although conceptually and ideologically different. The resource approach to these categories uses interchangeable quantitative and qualitative measures, allowing for an analogous assessment of the functional capabilities of quantum computational and metrological systems remaining in a state of superposition, through the resources of coherence and entanglement stored in them. Quantum superposition is a kind of a basement foundation, on which measurable qualitatively and quantitatively resources like coherence and entanglement enable building quantum technologies and applications. There are numerable measures for these quantum resources, simpler for pure quantum states and more complex for mixed states. These measures see the resources from different functional states. There are defined other measures especially for mixed quantum states like the quantum discord.