Kwantowa fotonika scalona
QUANTUM INTEGRATED PHOTONICS
nr katalogowy: 145072
10.15199/13.2023.8.4
Streszczenie
Kwantowa fotonika scalona (KFS) jest jedną z opcji technologicznych 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 światłowody. W takim środowisku fotony jako kubity lub kudity są generowane, modulowane i demodulowane, transmitowane i detekowane. W odróżnieniu od innych technologii kubitowych foton jako kubit 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, transmituje informację kwantową w próżni pomiędzy aktami emisji i absorpcji. Potencjał technologii KFS wynika z możliwości realizacji na kubicie/kudicie fotonowym wszystkich operacji kwantowych metodami optyki liniowej. Te operacje obejmują operacje na kubicie w domenach czasu, częstotliwości i przestrzeni, oraz realizację kwantowej logiki bramkowej. Możliwa jest korekcja błędów kwantowych, określanie jakości fotonów, nierozróżnialności, dystrybucja i destylacja splątania. Hybrydowe, pod względem materiałowym, systemy KFS, składające się z połączonych kwantowo FUS posiadają potencjał realizacji uniwersalnych komputerów i sieci kwantowych. Artykuł jest częścią cyklu związanego z wykładami dla doktorantów na temat Kwantowych Technologii Informacyjnych i Biofotoniki Kwantowej.
Abstract
Quantum integrated photonics (QIP) is one of the technological and system options for building quantum networks and computers. The carrier of multilateral, multidimensional quantum information, in the state of coherent superposition and entanglement/ hyper-entanglement, is a single, most often heralded, or deterministic 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, transmits 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 include qubit operations in the time, frequency and space domains and the implementation of quantum gate logic. Quantum error correction, photon quality determination, indistinguishability, entanglement distribution and distillation are possible. Hybrid, in terms of material, QIP systems, consisting of quantum-connected 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.
Ryszard S. Romaniuk