Pomiar kształtu pojedynczego fotonu metodą „rzutu na kota” Wojciech Wasilewski Pomiar kształtu pojedynczego fotonu metodą „rzutu na kota”

Plan Motywacja Typowe źródła Funkcja falowa Macierz gęstości Wynik Interferencja HOM Układ „Rzut na kota” Plan

Kryptografia Bennett, Brassard, Proc. of IEEE Conference on Computers Systems and Signal Processing, p. 175 (1984) Kryptografia

Bennett et al., PRL 80, 1895 (1993) Teleportacja

O’Brien et al., Nature 426, 46 (2003). Bramka C-NOT

Knill, Laflamme, Milburn, Nature 409, 46 (2001). Idea KLM

Quantum Repeaters Zastosowania L. Duan, M.D. Lukin, J.I. Cirac & P. Zoller Nature, 414, 413 (2001) Quantum Repeaters

Kwantowa korekcja utraty fotonu K. Banaszek, WW, PRA 75, 042316 (2007). Kwantowa korekcja utraty fotonu

Santori et al, Nature, 419, 594-597 (2002) 1 foton ← 1 atom

Spontaneous Parametric Down Conversion Paul Kwiat Spontaneous Parametric Down Conversion

Co to jest i jak wygląda?

|1k=ak |0 Kwantowanie w pudle E(x,t) =Σek exp(ik.x)+c.c. q = p/m p = -mw2q B(x,t) =Σbk…. |1k=ak |0 I&Z B-B, QED ..., Encyclopedia of Modern Optics Kwantowanie w pudle

|1c = Σck |1k Ec(x,t) =Σf(k) exp(ik.x-iwt) |  Opis jednego fotonu

|1= a |0 Inne podejście E(x,t) =Σen fn(x)+c.c. B(x,t) =Σbn…. I&Z B-B, QED ..., Encyclopedia of Modern Optics Inne podejście

Chwila refleksji?

Jeden foton nieczysty r = Σpa |1a1a| |1 = Σck |1k r(t,t’) = Σpa E*(t) E(t’) E(x) = Σf(k) exp(ik.x-iwt) E(t)E*(t’) E(w)E*(w’) Jeden foton nieczysty

|1 = Σf(k) |1k r = Σpa |1a1a| Oczyszczanie

Jak to scharakteryzować? r = Σpa |1a1a| |1 = Σf(k) |1k r(t,t’) = Σpa E*(t) E(t’) E(x) = Σck exp(ik.x-iwt) E(t)E*(t’) E(w)E*(w’) Jak to scharakteryzować?

Teoria a(in) b(out) a(out) b(in) WW, Lvovsky, Banaszek, Radzewicz, PRA 73, 063819 (2006) WW, Raymer, PRA 73, 063816 (2006) Kolenderski, WW, Banaszek, w przygotowaniu Teoria

W poprzednim odcinku Monochromator w1 y(w1,w2) w2 Y. Kim, W.P. Grice, Opt. Lett. 30, 908, (2005) WW, P. Wasylczyk, P. Kolenderski, K. Banaszek, C. Radzewicz, Opt. Lett. 31, 1130 (2006). W poprzednim odcinku

Spójność? r = Σpa |1a1a| |1 = Σck |1k r(t,t’) = Σpa E*(t) E(t’) E(x) = Σck exp(ik.x-iwt) E(t)E*(t’) E(w)E*(w’) Spójność?

|  |  |    -  |  |  |  Hong-Ou-Mandel

Houng-Ou-Mandel

Obserwacja wielostronna r(t,t’) = ? f(t) Obserwacja wielostronna

Obserwacja stronnicza r(t,t’) f(t) t Obserwacja stronnicza

t’ r(t,t’) t f(t) Dwa impulsy

t’ r(t,t’) b b* t f(t) Faza

W przestrzeni fazowej…

       Rzut na kota

Schemat eksperymentu

Schemat wyniku

Transformata wyniku

1 Zasypywanie dołka

Efekciarstwo kwantowe?

r(t,t’) f(t) t t’ b b* Odwracanie

w t Odwracanie

Schemat układu

Układ

Odniesienie

Impulsy odniesienia

Wynik – r(l,l’)

Model teoretyczny (PK) |w1,k1 w1+w2, k1+k2 |w2,k2 w1,k1,w2 ,k2|out = Ap(w1+w2,k1+k2) sin(Dk L/2)/Dk Dk Model teoretyczny (PK)

r(w,w’) = Σpa |1a1a| Mnogość

W następnym odcinku a+(w)a(w’) b+(w)b(w’) a(w)b(w’) r’(w,w’) y(w1,w2) W następnym odcinku

Podsumowanie Foton ma funkcję falową W rzeczywistości nieunikniona jest macierz gęstości Pierwsza pełna czasowa charakteryzacja jednego fotonu Wynik zgadza się z modelem źródła WW, P. Kolenderski, R. Frankowski PRL 99, 123601 (2007) Podsumowanie

Sponsorzy Dr hab. Konrad Banaszek, QAP FNP KL FAMO MNiSW „Krok w przyszłość” Sponsorzy