izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-4-20-26izmertech-1777Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSКвантовый томограф для измерения и характеризации квантовых состояний бифотонных источниковQuantum tomograph for measurement and characterization of quantum states of biphoton sourcesФроловцевД. Н.FrolovtsevD. N.

Москва

Dmitry N. Frolovtsev

Moscow

frolovtsev@yandex.ruМагницкийС. А.MagnitskiyS. A.

Москва

Sergey A. Magnitskiy

Moscow

frolovtsev@yandex.ruДёминА. В.DeminA. V.

Москва

Andrey V. Demin

Moscow

demin@vniiofi.ruМеждународный лазерный центр; Московский государственный университет им. М. В. ЛомоносоваРоссияInternational laser center; M. V. Lomonosov Moscow state universityRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измеренийРоссияThe All-Russian Research Institute for Optical and Physical Measurements Federal StateRussian Federation202029062023042026Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1777

В настоящее время актуальна разработка методов и устройств измерения квантовых состояний потоков фотонов. Предложен прототип устройства для характеризации методом квантовой томографии бифотонных источников света на основе спонтанного параметрического рассеяния. Прототип представляет собой экспериментальную реализацию специализированного квантового томографа, который предназначен для измерения квантовых поляризационных состояний излучения, генерируемого бифотонными источниками. Рассмотрен принцип работы устройства для характеризации бифотонных источников света. Описано специально разработанное программное обеспечение, с помощью которого можно определить статистические характеристики измеренного квантового состояния, рассчитать томографическую и наивероятнейшую оценки матрицы плотности и погрешности измерения элементов матрицы плотности, оценить качество квантового состояния бифотонов.

The method and prototype of a device for characterizing of biphoton light sources based on spontaneous parametric downconversion by quantum tomography are described. The prototype is an experimental implementation of a specialized quantum tomograph designed to measure the quantum polarization states of radiation generated by biphoton sources. Specially developed software will determine the statistical characteristics of the measured quantum state, calculate the tomographic and likelihood estimations of the density matrix, calculate the measurement errors of the density matrix elements and evaluate the quality of the quantum state of biphotons.

фотоникаквантовые состоянияквантовая томографияспонтанное параметрическое рассеяние.photonicsquantum statesquantum tomographyspontaneous parametric down-conversionReferencesМагницкий С. А., Фроловцев Д. Н., Агапов Д. П., Дёмин А. В., Крутиков В. Н., Левин Г. Г. Метрология одиночных фотонов для квантовых информационных технологий // Измерительная техника. 2017. № 3. С. 24–29. DOI:10.32446/0368-1025it.2017-3-24-29Magnitskii S. A., Frolovtsev D. N., Agapov D. P. et al., Measurement Techniques, 2017, vol. 60, no. 3, рр. 235–241. DOI:10.1007/s11018-017-1179-2D’Ariano G. M., Paris M. G., Sacchi M. F., Advances in Imaging and Electron Physics, 2003, vol. 128, рр. 206–309.D’Ariano G. M., Paris M. G., Sacchi M. F., Advances in Imaging and Electron Physics, 2003, vol. 128, рр. 206–309.Straupe S. S., Ivanov D. P., Kalinkin A. A. et al., Physical Review A, 2011, vol. 83, no. 6, р. 060302. DOI:10.1103/PhysRevA.83.060302Straupe S. S., Ivanov D. P., Kalinkin A. A. et al., Physical Review A, 2011, vol. 83, no. 6, р. 060302. DOI:10.1103/PhysRevA.83.060302Thew R. T., Nemoto Kae, White Andrew G., Munro William J., Physical Review A, 2002, vol. 66, no. 1, p. 012303. DOI:10.1103/PhysRevA.66.012303Thew R. T., Nemoto Kae, White Andrew G., Munro William J., Physical Review A, 2002, vol. 66, no. 1, p. 012303. DOI:10.1103/PhysRevA.66.012303ETSI GS QKD 012 V1.1.1 (2019-02) Quantum Key Distribution (QKD); Device and Communication Channel Parameters for QKD Deployment, ETSI, 2019.ETSI GS QKD 012 V1.1.1 (2019-02) Quantum Key Distribution (QKD); Device and Communication Channel Parameters for QKD Deployment, ETSI, 2019.James D. F. V., Kwiat P. G., Munro W. J., White A. G., Physical Review A, 2001, vol. 64, no. 5, р. 052312. DOI:10.1103/PhysRevA.64.052312James D. F. V., Kwiat P. G., Munro W. J., White A. G., Physical Review A, 2001, vol. 64, no. 5, р. 052312. DOI:10.1103/PhysRevA.64.052312Пат. № 2636808 РФ / Д. Н. Фроловцев, С. А. Магницкий // Изобретения. Полезные модели. 2018. № 2016126342.Frolovtsev D. N., Magnitskij S. A., RF Patent no. 2636808, Bull. Izobret., no. 2016126342 (2018).Kwiat Paul G., Waks Edo, White Andrew G. et al., Physical Review A, 1999, vol. 60, no. 2, р. R773. DOI:10.1103/PhysRevA.60.R773Kwiat Paul G., Waks Edo, White Andrew G. et al., Physical Review A, 1999, vol. 60, no. 2, р. R773. DOI:10.1103/PhysRevA.60.R773Rangarajan R., Goggin M., Kwiat P., Optics express, 2009, vol. 17, no. 21, рр. 18920–18933. DOI:10.1364/OE.17.018920Rangarajan R., Goggin M., Kwiat P., Optics express, 2009, vol. 17, no. 21, рр. 18920–18933. DOI:10.1364/OE.17.018920Powell M. J., The computer journal, 1964, vol. 7, no. 2, рр. 155–162. DOI:10.1093/comjnl/7.2.155Powell M. J., The computer journal, 1964, vol. 7, no. 2, рр. 155–162. DOI:10.1093/comjnl/7.2.155Wootters W. K., Physical Review Letters, 1998, vol. 80,no. 10, р. 2245. DOI:10.1103/PhysRevLett.80.2245Wootters W. K., Physical Review Letters, 1998, vol. 80, no. 10, р. 2245. DOI:10.1103/PhysRevLett.80.2245Wootters W. K., Quantum Information & Computation, 2001, vol. 1, no. 1, рр. 27–44.Wootters W. K., Quantum Information & Computation, 2001, vol. 1, no. 1, рр. 27–44.Ekert A. K., Physical Review Letters, 1991, vol. 67, no. 6, р. 661. DOI:10.1103/PhysRevLett.67.661Ekert A. K., Physical Review Letters, 1991, vol. 67, no. 6, р. 661. DOI:10.1103/PhysRevLett.67.661Kaneda Fumihiro, Garay-Palmett Karina, U’Ren Alfred B., Kwiat Paul G., Optics express, 2016, vol. 24, no. 10, рр. 10733–10747. DOI:10.1364/OE.24.010733Kaneda Fumihiro, Garay-Palmett Karina, U’Ren Alfred B., Kwiat Paul G., Optics express, 2016, vol. 24, no. 10, рр. 10733–10747. DOI:10.1364/OE.24.010733Kwiat Paul G., Mattle Klaus, Weinfurter Harald et al.,Physical Review Letters, 1995, vol. 75, no. 24, р. 4337. DOI:10.1103/PhysRevLett.75.4337Kwiat Paul G., Mattle Klaus, Weinfurter Harald et al., Physical Review Letters, 1995, vol. 75, no. 24, р. 4337. DOI:10.1103/PhysRevLett.75.4337Kim T., Fiorentino M., Wong F. N., Physical Review A, 2006, vol. 73, no. 1, р. 012316. DOI:10.1103/PhysRevA.73.012316Kim T., Fiorentino M., Wong F. N., Physical Review A, 2006, vol. 73, no. 1, р. 012316. DOI:10.1103/PhysRevA.73.012316Hentschel Michael, Hübel Hannes, Poppe Andreas, Zeilinger Anton, Optics express, 2009, vol. 17, no. 25, рр. 23153–23159. DOI:10.1364/OE.17.023153Hentschel Michael, Hübel Hannes, Poppe Andreas, Zeilinger Anton, Optics express, 2009, vol. 17, no. 25, рр. 23153–23159. DOI:10.1364/OE.17.023153

The authors declare that there are no conflicts of interest present.