izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-10-21-27izmertech-1955Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSМетодика измерений поляризационно-запутанных состояний бифотонов с помощью квантового томографаThe measurement method of the polarization-entangled states of biphotons using a quantum tomographhttps://orcid.org/0000-0003-1065-9936ФроловцевД. Н.FrolovtsevD. N.

Дмитрий Николаевич Фроловцев

Москва

Dmitry N. Frolovtsev

Moscow

frolovtsev@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8700-2516МагницкийС. А.MagnitskiyS. A.

Сергей Александрович Магницкий

Москва

Sergey A. Magnitskiy

Moscow

sergeymagnitskiy@gmail.comДёминА. В.DeminA. V.

Андрей Васильевич Дёмин

Москва

Andrey V. Demin

Moscow

demin@vniiofi.ruМосковский государственный университет им. М. В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измеренийРоссия3 All Russia Research Institute of Optophysical MeasurementsRussian Federation2021160820230102127Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1955

Выполнен статистический анализ погрешностей томографических измерений поляризационно-запутанных состояний бифотонов, которые генерируются источниками на основе эффекта спонтанного параметрического рассеяния света. Детально проанализирован уровень квантовых флуктуаций в схеме совпадений, являющихся неустранимым источником погрешности томографических измерений. С помощью квантового томографа измерена матрица плотности квантового поляризационного состояния бифотонов в поляризационном состоянии Белла. Проведено сравнение инструментальных погрешностей с погрешностями, вызванными квантовыми флуктуациями. Показано, что нет никаких препятствий для создания томографического метрологического стенда, предназначенного для характеризации источников спонтанного параметрического рассеяния света, генерирующих поляризационно-запутанные бифотоны.

A statistical analysis of errors in tomographic measurements of polarization-entangled biphoton states generated by sources based on the effect of spontaneous parametric down-conversion is carried out. The level of quantum fluctuations in the coincidence scheme, which is an unavoidable source of error in tomographic measurements, is analyzed in detail. A quantum tomograph was used to measure the density matrix of the quantum polarization state of biphotons in the Bell polarization state. The errors caused by quantum fluctuations are compared with the instrumental errors. It is shown that there are no obstacles to creating a tomographic metrological stand intended for characterizing SPDC-sources generating polarization-entangled biphotons.

фотоникаквантовые оптические технологииквантовая томографияспонтанное параметрическое рассеяниеметрологияphotonicsquantum optical technologesquantum tomographyspontaneous parametric down-conversionmetrologyReferencesKok P. et al., Reviews of ModernPhysics, 2007, vol. 79, no. 1, р. 135. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.79.135Kok P. et al., Reviews of Modern Physics, 2007, vol. 79, no. 1, р. 135. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.79.135Gisin N., Thew R., Nature Photonics, 2007, vol. 1, no. 3, р. 165. https://doi.org/10.1038/nphoton.2007.22Gisin N., Thew R., Nature Photonics, 2007, vol. 1, no. 3, р. 165. https://doi.org/10.1038/nphoton.2007.22Kwiat P. G., Mattle K., Weinfurter H., Zeilinger A. et al., Physical Review Letters, 2005, vol. 75, р. 4337. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.75.4337Kwiat P. G., Mattle K., Weinfurter H., Zeilinger A. et al., Physical Review Letters, 2005, vol. 75, р. 4337. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.75.4337O’Brien J. L., Furusawa A., Vučković E., Nature Photonics, 2009, vol. 3, no. 12, р. 687. https://doi.org/10.1038/nphoton.2009.229O’Brien J. L., Furusawa A., Vučković E., Nature Photonics, 2009, vol. 3, no. 12, р. 687. https://doi.org/10.1038/nphoton.2009.229Магницкий С. А., Фроловцев Д. Н., Агапов Д. П. и др. Метрология одиночных фотонов для квантовых информационных технологий // Измерительная техника. 2017. № 3. С. 24–29. https://doi.org/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, pp. 235–241. 10.1007/s11018-017-1179-2Sussman B. et al., Quantum Science and Technology, 2019, vol. 4, no. 2, 020503. https://doi.org/10.1088/2058-9565/ab029dSussman B. et al., Quantum Science and Technology, 2019, vol. 4, no. 2, 020503. https://doi.org/10.1088/2058-9565/ab029dRiedel M. et al., Quantum Science and Technology, 2019, vol. 4, no. 2, 020501. https://doi.org/10.1088/2058-9565/ab042dRiedel M. et al., Quantum Science and Technology, 2019, vol. 4, no. 2, 020501. https://doi.org/10.1088/2058-9565/ab042dMonroe C., Raymer M. G., Taylor J., Science, 2019, vol. 364, no. 6439, рр. 440–442. https://doi.org/10.1126/science.aax0578Monroe C., Raymer M. G., Taylor J., Science, 2019, vol. 364, no. 6439, рр. 440–442. https://doi.org/10.1126/science.aax0578Yamamoto Y., Sasaki M., Takesue H., Quantum Science and Technology, 2019, vol. 4, no. 2, 020502. https://doi.org/10.1088/2058-9565/ab0077Yamamoto Y., Sasaki M., Takesue H., Quantum Science and Technology, 2019, vol. 4, no. 2, 020502. https://doi.org/10.1088/2058-9565/ab0077Raymer M. G., Monroe C., Quantum Science and Technology, 2019, vol. 4, no. 2, 020504. https://doi.org/10.1088/2058-9565/ab0441Raymer M. G., Monroe C., Quantum Science and Technology, 2019, vol. 4, no. 2, 020504. https://doi.org/10.1088/2058-9565/ab0441Клышко Д. Н. Фотоны и нелинейная оптика. М.: Наука, 1980. 254 с.Klyshko D. N., Photons nonlinear optics, CRC Press, 1988, 438 р.Клышко Д. Н. Когерентный распад фотонов в нелинейной среде // Письма в ЖЭТФ. 1967. Т. 6. № 1. С. 490–492.Klyshko D. N., Coherent photon decay in a nonlinear medium, JETP Letters, 1967, vol. 6, iss. 1, pp. 23–25.Kwiat P. G., et al., Physical Review A, 1999, vol. 60, no. 2, R773. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.60.R773Kwiat P. G., et al., Physical Review A, 1999, vol. 60, no. 2, R773. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.60.R773Magnitskiy S., Frolovtsev D., Firsov V. et al., Journal of Russian Laser Research, 2015, vol. 36, no. 6, рр. 618–629. https://doi.org/10.1007/s10946-015-9540-xMagnitskiy S., Frolovtsev D., Firsov V. et al., Journal of Russian Laser Research, 2015, vol. 36, no. 6, рр. 618–629. https://doi.org/10.1007/s10946-015-9540-xFrolovtsev D. N., Magnitskiy S. A., Physics of Wave Phenomena, 2017, vol. 25, no. 3, рр. 180–184. https://doi.org/10.3103/S1541308X17030049Frolovtsev D. N., Magnitskiy S. A., Physics of Wave Phenomena, 2017, vol. 25, no. 3, рр. 180–184. https://doi.org/10.3103/S1541308X17030049Фроловцев Д. Н., Магницкий С. А., Дёмин А. В. Квантовый томограф для измерения и характеризации бифотонных источников // Измерительная техника. 2020. № 4. С. 20–26. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-4-20-26Frolovtsev D. N., Magnitskiy S. A., Demin A. V., Measurement Techniques, 2020, vol. 63, no. 4, pp. 273–280. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01783-3Гостев П. П., Агапов Д. П., Дёмин А. В. и др. Измерение квантовой эффективности счётчиков фотонов на базе лавинных фотодиодов методом спонтанного параметрического рассеяния с асимметричными по спектру каналами // Измерительная техника. 2018. № 12. С. 27–32. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-12-27-32Gostev P. P., Agapov D. P., Demin A. V. et al., Measurement Techniques, 2019, vol. 61, no. 12, pp. 1166–1173. https://doi.org/10.1007/s11018-019-01565-6James D. F. V et al., Physical Review A, 2001, vol. 64, no. 5, 052312. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.64.052312James D. F. V et al., Physical Review A, 2001, vol. 64, no. 5, 052312. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.64.052312Гостев П. П., Магницкий С. А., Чиркин А. С. Обратная задача статистики фотоотсчётов. М.: Физический факультет МГУ, 2020.Gostev P. P., Magnitskiy S. A., Chirkin A.S., The inverse problem of photocount statistics, Moscow, MGU Publ., 2020. (In Russ.)Abate J. A., Kimble H. J., Mandel L., Physical Review A, 1976, vol. 14, no. 2, р. 788. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.14.788Abate J. A., Kimble H. J., Mandel L., Physical Review A, 1976, vol. 14, no. 2, р. 788. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.14.788Jozsa R., Journal of Modern Optics, 1994, vol. 41, no. 12, рр. 2315–2323. https://doi.org/10.1080/09500349414552171Jozsa R., Journal of Modern Optics, 1994, vol. 41, no. 12, рр. 2315–2323. https://doi.org/10.1080/09500349414552171

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