对感兴趣的目标(无论是轴外点源伴星还是扩展源内的单个空间分辨率元件)进行 CGI 线性偏振分数测量,都会受到不同杂散效应的困扰,需要通过设计进行校准或最小化。仪器偏振效应由端到端光学系统穆勒矩阵 (MM) 描述,如图 1 所示。穆勒矩阵描述了整个光学系统如何将非偏振光转换为偏振光,并修改源线性偏振分数及其方向。假设目标圆偏振分数可忽略不计(Vsky=0,对于所考虑的目标而言,这是一个有效的假设),并且鉴于罗马日冕仪仅测量线性偏振分数,必须确定 9 个 MM 系数才能将观测到的斯托克斯矢量转换为源真实斯托克斯矢量及其线性偏振分数的估计值。
量子技术的发展和广泛应用高度依赖于分配纠缠的通信信道的容量。空分复用 (SDM) 增强了传统电信中的数据信道传输容量,并有可能利用现有基础设施将这一理念转移到量子通信中。在这里,我们展示了在 411 米长的 19 芯多芯光纤上进行偏振纠缠光子的 SDM,该光纤可同时通过多达 12 个信道分配偏振纠缠光子对。多路复用传输的质量由高偏振可见性和每对相反纤芯的 Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH) Bell 不等式违反证明。我们的分配方案在 24 小时内表现出高稳定性,无需任何主动偏振稳定,并且可以毫不费力地适应更多信道。该技术增加了量子信道容量,并允许基于单个纠缠光子对源可靠地实现多用户量子网络。
摘要 — 我们展示了一种基于偏振编码 BB84 协议的量子密钥分发新发射器概念,该协议由正向偏置的 Ge-on-Si PIN 结的非相干光提供光源。我们研究了两种量子态准备架构,包括通过多个调制器进行独立偏振编码和利用干涉偏振调制器的简化方法。我们通过实验证明,Ge-on-Si 光源可以适应量子密钥生成,在 1 GHz 的符号速率下以 7.71% 的量子比特误码率实现 2.15 kbit/s 的原始密钥速率。我们进一步研究了光纤传输信道去偏振与非相干光源宽带特性相结合的影响。我们的结果证明了全集成硅量子密钥分发发射器(包括其光源)在零信任数据中心内部环境中的短距离应用的可行性。索引词 — 量子密钥分发、量子通信、量子密码学、硅光子学、去极化、光源
理论:法拉第效应是一种广泛使用的磁光效应,其中偏振平面在穿过磁场中的介质时会旋转。与介质中的电子自旋相关的磁矩会受到一种力,试图将其沿直流磁场对齐。这导致旋转电子绕磁场方向进动。平行于磁场穿过介质的线性偏振光束可以被认为是由两个相反的圆偏振组成。由于磁矩的进动,每个圆偏振在介质内部都会经历不同的磁导率。因此,两个圆偏振以不同的速度传播,并以相位差从介质的另一侧出来。这两个相反的圆偏振重新组合时会产生一个线性偏振,相对于原始偏振方向旋转一定角度。旋转量与光穿过介质的距离和磁场强度成正比。因此 θ = VlB 。比例常数 V 称为维尔德常数。磁场强度为 B = πNI ,其中 N 是螺线管每单位长度的匝数,I 是通过螺线管的电流。
此外,偏振起着重要作用,因为它可以影响光束传播的深度。例如,众所周知,圆偏振光比线偏振光传播得更深 [3]。根据散射单元大小,偏振会保留光学记忆 [4]。拉盖尔-高斯 (LG) 光束 [5] 是一种涡旋光束,它可以携带不同类型的偏振(线性、圆形、径向和方位角)以及以ℓ 值的轨道角动量 (OAM) 为特征的相位前沿。具有空间不均匀偏振分布的光束称为矢量光束。各种空间模式(例如径向)具有不可分离的圆偏振和 OAM 部分。偏振和空间模式的结合导致了经典纠缠——Forbes 团队 [6] 使用经典纠缠矢量光束在湍流介质中实现更好的成像。矢量光束的关键特性(例如径向和方位角)结合了偏振和空间模式,它们是不可分离的且相互纠缠。这些特性不仅是量子纠缠所独有的,也适用于经典局部纠缠的矢量光束[6-9]。此外,矢量光束的不可分离特性不仅在光学成像中而且在光通信中都具有重要意义,因为人们正在探索其偏振自由度和空间模式来编码信息[7,10]。此外,根据理论[11],ℓ值越高,透射率越高,穿透能力越好,因此光密度(OD)越低,观察到的散射越少。当光脉冲进入组织等高度散射的介质时,它会分解成三个主要成分:弹道光束、蛇形光束和漫射光束。弹道分量保留了光的原始属性,因为它在前向方向上相干散射,而扩散分量则变得随机并在介质中游走。蛇形分量在前向方向上略微散射,传播路径更短并保留初始信息[12]。本研究重点研究了 LG 矢量涡旋光束在弹道(z < l tr)和扩散(z > l tr)区域通过小鼠脑组织的传输,其中 z 是混浊介质的厚度,l tr 是传输平均自由程[13]。研究了不同厚度小鼠脑组织不同特殊位置的不同类型偏振,以证明经典纠缠在经典极限下以更高光子通量潜在地改善成像方面的作用。大脑是一种由树状结构的神经元和轴突组成的生物组织。神经元由蛋白质聚合物的整合网络组织,这些聚合物被认为是一种手性介质。这种手性介质将通过改变其偏振状态与光的电磁场相互作用;这种效应使大脑成为手性生物等离子体[14]。结构化矢量光有望通过与电偶极子、磁偶极子和
此外,偏振起着重要作用,因为它可以影响光束传播的深度。例如,众所周知,圆偏振光比线偏振光传播得更深 [3]。根据散射单元大小,偏振会保留光学记忆 [4]。拉盖尔-高斯 (LG) 光束 [5] 是一种涡旋光束,它可以携带不同类型的偏振(线性、圆形、径向和方位角)以及以ℓ 值的轨道角动量 (OAM) 为特征的相位前沿。具有空间不均匀偏振分布的光束称为矢量光束。各种空间模式(例如径向)具有不可分离的圆偏振和 OAM 部分。偏振和空间模式的结合导致了经典纠缠——Forbes 团队 [6] 使用经典纠缠矢量光束在湍流介质中实现更好的成像。矢量光束的关键特性(例如径向和方位角)结合了偏振和空间模式,它们是不可分离的且相互纠缠。这些特性不仅是量子纠缠所独有的,也适用于经典局部纠缠的矢量光束[6-9]。此外,矢量光束的不可分离特性不仅在光学成像中而且在光通信中都具有重要意义,因为人们正在探索其偏振自由度和空间模式来编码信息[7,10]。此外,根据理论[11],ℓ值越高,透射率越高,穿透能力越好,因此光密度(OD)越低,观察到的散射越少。当光脉冲进入组织等高度散射的介质时,它会分解成三个主要成分:弹道光束、蛇形光束和漫射光束。弹道分量保留了光的原始属性,因为它在前向方向上相干散射,而扩散分量则变得随机并在介质中游走。蛇形分量在前向方向上略微散射,传播路径更短并保留初始信息[12]。本研究重点研究了 LG 矢量涡旋光束在弹道(z < l tr)和扩散(z > l tr)区域通过小鼠脑组织的传输,其中 z 是混浊介质的厚度,l tr 是传输平均自由程[13]。研究了不同厚度小鼠脑组织不同特殊位置的不同类型偏振,以证明经典纠缠在经典极限下以更高光子通量潜在地改善成像方面的作用。大脑是一种由树状结构的神经元和轴突组成的生物组织。神经元由蛋白质聚合物的整合网络组织,这些聚合物被认为是一种手性介质。这种手性介质将通过改变其偏振状态与光的电磁场相互作用;这种效应使大脑成为手性生物等离子体[14]。结构化矢量光有望通过与电偶极子、磁偶极子和
量子信息利用独立和纠缠的量子系统来执行一系列信息处理任务,这比传统系统更具优势 [1]。量子通信是量子信息的一个主要分支,其目的是通过通信链路(光纤或自由空间信道)在远程方(通常称为 Alice 和 Bob)之间忠实地传输光子量子态 [2]。量子密钥分发 (QKD) 是一种重要的量子通信协议,其目标是在 Alice 和 Bob 之间远程生成共享密钥 [3-5]。其有效性已在长距离上得到证实 [6],这对于实际应用来说是理想的。过去,大多数量子通信实验都集中在点对点应用上,直到最近,人们对网络和多用户应用的兴趣才有所增加,并将大量精力集中在支持未来量子计算机网络的底层通信基础设施上,即所谓的量子互联网 [7]。与标准通信网络一样,路由将是实现单光子动态功能的一项基本功能。实现具有潜在快速响应时间的单光子路由器的直接方法是使用干涉仪 [8 – 11]。在 [8] 中,使用在其一条臂中带有相位调制器的马赫-曾德尔干涉仪 (MZI) 将单光子按需路由到其一个输出。基于 MZI 设计的具有两个输入和两个输出的单光子开关也已提出 [9]。在 [10] 中,还提出了一种基于 MZI 的耦合器,其中光子可以作为可调开关以任何分光比路由。在这些论文中,提出了三种路由配置,由于使用 MZI,所有这些配置都需要额外的主动相位稳定系统。为了获得更稳定的设计,另一种配置采用了 Sagnac 光纤
2022 年诺贝尔物理学奖授予了阿斯派克特 (Aspect)、克劳泽 (Clauser) 和蔡林格 (Zeilinger),以表彰他们“对纠缠光子的实验,证明了贝尔不等式的违反并开创了量子信息科学” [1]。在本文中,我们描述了我们自己使用纠缠光子违反 CHSH 不等式(一种贝尔不等式)的实验。我们使用 qutools quED 纠缠演示器仪器通过自发参量下转换产生纠缠偏振光子。我们测量了旋转基底中的光子偏振,并计算出纠缠光子的 CHSH 相关值 | S | = 2.123±0.030>2 和非纠缠光子的 | S | <2。我们还生成了非经典相关曲线,描述了纠缠和非纠缠光子在连续偏振器角度范围内的偏振测量巧合。我们的结果证明了纠缠的非局域性,并阐明了对光子对极化测量的非经典相关性的更好的理解。
Zimnyakov, D., Alonova, M., “结合偏振测量和光谱偏振测量技术诊断生物组织中的癌症变化”,Proc. SPIE 9258,光电子学、微电子学和纳米技术高级主题 VII,92580K doi: 10.1117/12.2068182(2015 年 2 月 20 日);11. OP Peresunko;Ju. G. Karpenko;DN Burkovets;PV Ivashko;AV Nikorych;SB Yermolenko;I.
集成光子学正在推动紧凑型传感 [1]、计量 [2] 和量子计算 [3] 的新技术。许多应用需要将光发送到芯片外,例如,用于询问隔离的原子介质 [4–7],这得益于集成光子学的小型化和可制造性。此类设计需要能够产生具有不同波长、偏振和光束几何形状的自由空间光束的模式耦合器。例如,投射光学 [8] 和磁光阱 (MOT) [9,10] 可能需要具有大数值孔径或大光束腰的光束。可以使用片上外耦合器与平面超表面相结合来修改光束相位分布和偏振状态,从而实现精确的光束控制 [11]。此类平台能够集成多种颜色、分布和偏振的光束,从而在紧凑的三维空间内实现无与伦比的光场控制。