Jerzy SZUNIEWICZ, Adam WIDOMSKI, Maciej OGRODNIK, Ali GOLESTANI,
Michał MIKOŁAJCZYK, Sanjay KAPOOR, Filip SOŚNICKI, Michał KARPIŃSKI
Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki, Pasteura 5, 02-093 Warszawa
Krótkie jednofotonowe impulsy światła mają istotne znaczenie dla rozwoju komunikacji kwantowej i optycznego kwantowego przetwarzania informacji [1]. Kształtowanie krótkich impulsów światła na poziomie pojedynczych fotonów wymaga zastosowania innych metod niż używane są dla klasycznych impulsów światła o makroskopowym natężeniu. Dla jednofotonowych impulsów światła konieczne jest zastosowanie metod czysto fazowych, które nie wykorzystują modulacji amplitudy. Pokażemy, że przekształcenie impulsu o zadanym profilu czasowo-widmowym w dowolny inny impuls możliwe jest za pomocą jedynie dwóch nietrywialnych modulacji fazy: modulacji fazy spektralnej oraz modulacji fazy w czasie. Wymaga fazy mogą być znalezione za pomocą standardowego algorytmu odzyskiwania fazy, takiego jak algorytm Gerchberga -Saxtona. Przedstawimy wykorzystanie optymalizacji za pomocą uczenia maszynowego w celu znalezienia faz o niewielkiej zmienności oraz przedyskutujemy możliwość realizacji doświadczalnej przy wykorzystaniu złożonej szerokopasmowej elektro-optycznej modulacji fazy w czasie [2]. Przedstawimy również wyniki potwierdzające możliwość realizacji przekształceń dla światła z zakresu średniej podczerwieni.
Wykorzystanie krótkich impulsów światła w ramach optycznych technologii kwantowych wymaga rozwoju technik ich detekcji z rozdzielczością czasową. Przedstawiona uprzednio metoda chronometrii fourierowskiej umożliwia detekcję profilu czasowego krótkich impulsów światła, jednak nie umożliwia pomiaru fazy impulsów [3]. Przedstawimy wykorzystanie czasowego efektu Talbota do pomiaru fazy pomiędzy seriami krótkich impulsów światła w reżimie zliczania pojedynczych fotonów [4] oraz omówimy możliwe zastosowania w komunikacji kwantowej.
Podziękowania: Program Horyzont Europa Unii Europejskiej, umowa grantowa nr 101070700 (MIRAQLS).
Literatura
[1] M. Karpiński, A. O. C. Davis, F. Sośnicki, V. Thiel, B. J. Smith, Control and measurement of quantum light pulses for quantum information science and technology, Adv. Quantum Technol. 4 (2021), p. 2000150.
[2] F. Sośnicki, M. Mikołajczyk, A. Golestani, M. Karpiński, Interface between picosecond and nanosecond quantum light pulses, Nature Photon. 17 (2023), p. 761.
[3] A. Golestani, A. O. C. Davis, F. Sośnicki, M. Mikołajczyk, N. Treps, M. Karpiński, Electro-optic Fourier transform chronometry of pulsed quantum light, Phys. Rev. Lett. 129 (2022), p. 123605.
[4] A. Widomski, M. Ogrodnik, M. Karpiński, Efficient detection of multidimensional single-photon time-bin superpositions, Optica 11 (2024), p. 926.