Jak ovládnout šum světla?

Podobné dokumenty
Základní ideje kvantové kryptografie aneb Alice a Bob preferují zabezpečenou komunikaci. Radim Filip a Vladyslav Usenko

Kvantová informatika pro komunikace v budoucnosti

Optické kvantové zpracování informace

Společná laboratoř optiky. Skupina nelineární a kvantové optiky. Představení vypisovaných témat. bakalářských prací. prosinec 2011

Využití fotonických služeb e-infrastruktury pro přenos ultrastabilních optických frekvencí

MODERNÍ METODY CHEMICKÉ FYZIKY I lasery a jejich použití v chemické fyzice Přednáška 5

CZ.1.07/2.2.00/ AČ (SLO/RCPTM) Detekce a zpracování optického signálu 1 / 30

Šum AD24USB a možnosti střídavé modulace

Speciální spektrometrické metody. Zpracování signálu ve spektroskopii

Přehled posledních experimentů skupiny kvantové a nelineární optiky v Olomouci

Optika. Nobelovy ceny za fyziku 2005 a Petr Malý Katedra chemické fyziky a optiky Matematicko fyzikální fakulta UK

F O N D R O Z V O J E V Y S O K Ý C H Š K O L 2007

MODERNÍ METODY CHEMICKÉ FYZIKY I lasery a jejich použití v chemické fyzice přednášky 4-7

Karel Lemr. web: Karel Lemr Fotonové páry 1 / 26

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Problematika disertační práce a současný stav řešení

Hlavní parametry rádiových přijímačů

Za hranice současné fyziky

Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních signálů z optických normálů frekvence a času

Základní komunikační řetězec

ochranným obvodem, který chrání útlumové články před vnějším náhodným přetížením.

100G konečně realitou. Co a proč měřit na úrovni 100G

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Modulace a šum signálu

Fyzika laserů. 4. dubna Katedra fyzikální elektroniky.

Měřicí řetězec. měřicí zesilovač. převod na napětí a přizpůsobení rozsahu převodníku

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV RADIOELEKTRONIKY. OPTICKÝ SPOJ LR-830/1550 Technický popis

Pavel Cejnar. mff.cuni.cz. Ústav částicové a jaderné fyziky Matematicko-fyzikální fakulta University Karlovy v Praze

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Mikrosenzory a mikroelektromechanické systémy

Okruhy k maturitní zkoušce z fyziky

Tajemství ELI - nejintenzivnějšího laseru světa

2. kapitola: Přenosová cesta optická (rozšířená osnova)

Vybrané spektroskopické metody

Teprve půlka přednášek?! já nechci

Oscilátory. Oscilátory s pevným kmitočtem Oscilátory s proměnným kmitočtem (laditelné)

NPGR032 CVIČENÍ III. Šum a jeho odstranění teorie&praxe. Adam Novozámský (novozamsky@utia.cas.cz)

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela analýza šumu v elektronických obvodech

I. Současná analogová technika

Infračervená spektroskopie

Metody nelineární optiky v Ramanově spektroskopii

Obrázek č. 1 : Operační zesilovač v zapojení jako neinvertující zesilovač

Katedra fyzikální elektroniky. Jakub Kákona

Charakteristiky optického záření

Zobrazovací systémy v transmisní radiografii a kvalita obrazu. Kateřina Boušková Nemocnice Na Františku

Využití infrastruktury CESNET pro distribuci signálu optických atomových hodin

Šum v obraze CT. Doc.RNDr. Roman Kubínek, CSc. Předmět: lékařská přístrojová fyzika

Klasické a inovované měření rychlosti zvuku

Kvantová fyzika. Pavel Cejnar mff.cuni.cz. Jiří Dolejší mff.cuni.cz

MODUL 3 KANÁLOVÉHO D/A PŘEVODNÍKU 0 25 ma

1 SENZORY V MECHATRONICKÝCH SOUSTAVÁCH

28 NELINEÁRNÍ OPTIKA. Nelineární optické jevy Holografie a optoelektronika

Fotonické nanostruktury (nanofotonika)

Techniky mikroskopie povrchů

Soupravy pro měření útlumu optického vlákna přímou metodou

Kvantová kryptografie

Seznam otázek pro zkoušku z biofyziky oboru lékařství pro školní rok

Polovodičové detektory

evropský sociální fond v ČR KATEDRA OPTIKY Atraktivní po všech stránkách

Fotonásobič. fotokatoda. typicky: - koeficient sekundární emise = počet dynod N = zisk: G = fokusační elektrononová optika

5. 9. FYZIKA Charakteristika předmětu

Využití laserů ve vědě. Vojtěch Krčmarský

Seznam témat z předmětu ELEKTRONIKA. povinná zkouška pro obor: L/01 Mechanik elektrotechnik. školní rok 2018/2019

Podklady pro hodnocení výzkumných záměrů. Výzkumný záměr

Optika a nanostruktury na KFE FJFI

Curriculum Vitae. Mgr. Petr Marek, Ph. D.

Světlo jako elektromagnetické záření

Publikováno z 2. lékařská fakulta Univerzity Karlovy ( LF2 > Biofyzika

Šum a jeho potlačení. Michal Švanda. Astronomický ústav MFF UK Astronomický ústav AV ČR. Spektroskopie (nejen) ve sluneční fyzice LS 2011/2012

Fyzikální podstata zvuku

Vlnění. vlnění kmitavý pohyb částic se šíří prostředím. přenos energie bez přenosu látky. druhy vlnění: 1. a. mechanické vlnění (v hmotném prostředí)

České vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská OKRUHY. ke státním zkouškám DOKTORSKÉ STUDIUM

1. Zdroje a detektory optického záření

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fotonické nanostruktury (alias nanofotonika)

Fyzikální seminář. Zákon zachování hybnosti a energie, ráz těles. gravitačním poli. Keplerovy zákony. Rovnovážná poloha tuhého tělesa.

Kvantové technologie v průmyslu a výzkumu

Fyzika laserů. 7. března Katedra fyzikální elektroniky.

CT - artefakty. Doc.RNDr. Roman Kubínek, CSc. Předmět: lékařská přístrojová fyzika

Relativistické jevy při synchronizaci nové generace atomových hodin. Jan Geršl Český metrologický institut

Klasické pokročilé techniky automatického řízení

Kvantová informatika pro komunikace v budoucnosti

Obsah. 1. Popis produktu. 2. Nejdůležitější vlastnosti produktu a obsah balení Nejdůležitější vlastnosti produktu Specifikace Obsah balení

Analýza a zpracování digitálního obrazu

Signál v čase a jeho spektrum

Nobelova cena za fyziku v roce 2005 aneb 42 let kvantové teorie optické koherence

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

A/D převodníky - parametry

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

Úloha 5: Spektrometrie záření α

Konstrukční varianty systému pro nekoherentní korelační zobrazení

λ, (20.1) infračervené záření ultrafialové γ a kosmické mikrovlny

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

ELEKTRONIKA PRO ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU

Frekvenční analýza optických zobrazovacích systémů

Fotoelektrické snímače

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE - kvalitativní i kvantitativní detekce v GC a LC - pyrolýzní hmotnostní spektrometrie - analýza polutantů v životním

Kvantová fyzika. Pavel Cejnar mff.cuni.cz. Jiří Dolejší mff.cuni.cz

Transkript:

Jak ovládnout šum světla? Radim Filip katedra optiky PřF University Palackého Petr Marek, Miroslav Gavenda, Vladyslav Usenko Ladislav Mišta, Jaromír Fiurášek U.L. Andersen (DTU Lyngby), G. Leuchs (MPI Erlangen).

SVĚTLO: ŠUM A INFORMACE Světlo je vynikajícím nosičem informace. Přenos informace je omezen šumem světla. Kvantový šum limituje přenos informace. Jak snížit a manipulovat kvantový šum světla?

KVANTOVÝ ŠUM SVĚTLA Kvantový šum intenzivního laserového záření je měřitelný homodynní detekcí. Informace může být současně vložena do amplitudové a fázové kvadratury optického signálu (komplementární). Částečné stlačení šumu pomocí nelineárních procesů v OPO, OPA.

SUPER CITLIVÉ MĚŘENÍ QM: za zisk informace (z měření) či za únik do okolí se platí zvýšením šumu. Jak měřit kvantový šum s minimálním přidaným šumem? U.L. Andersen, M. Sabuncu, R. Filip, G. Leuchs, Phys. Rev. Lett. 020409 (2006). M. Sabuncu, L. Mišta, J. Fiurášek, R. Filip, G. Leuchs, U.L. Andersen, Phys. Rev. A 76,032309 (2007).

I. REDUKCE ŠUMU CITLIVÝM MĚŘENÍM Stlačení šumu pomocí nelineárních procesů je často překryto rušivými vlivy (nestabilita výkonu, ztrát, časové synchronizace). J. Heersink, Ch. Marquardt, R. Dong, R. Filip, S. Lorenz, G. Leuchs and U. L. Andersen, Phys. Rev. Lett. 96, 253601 (2006).

DESTILACE KV. PROVÁZANOSTI CITLIVÝM MĚŘENÍM Kvantová provázanost (kvantově korelovaný šum) je resource. Nestabilní ztráty výrazně snižují kvantovou provázanost (např. šíření atmosférou). Destilace obnovuje kvantovou provázanost. R.-F. Dong, M. Lassen, J. Heersink, Ch. Marquardt, R. Filip, G. Leuchs and U.L. Andersen, Nature Physics 4, 919 (2008).

PURIFIKACE CITLIVÝM MĚŘENÍM Stlačený šum v amplitudové kvadratuře však může mít příliš mnoho šumu ve fázové kvadratuře (-5dB versus 27 db) Lze snížit tento šum pomocí citlivé homodynní detekce, i za cenu snížení stlačení šumu? Zlepšíme tak čistotu stavu? O. Glockl, U. L. Andersen, R. Filip, W. P. Bowen, G. Leuchs, Phys. Rev. Lett. 97, 053601(2006).

FILTRACE INFORMACE CITLIVÝM MĚŘENÍM Nestabilita synchronizace koherentního signálu způsobuje směs signálu a vakuového šumu. Koherentní signál a šum mohou být rozlišeny nedestruktivním měřením. Detektory čítající fotony registrují signál nesoucí informaci v amplitudě a ve fázi. C. Wittmann, D. Elser, U.L. Andersen, R. Filip, P. Marek, G. Leuchs, Phys. Rev. A 78, 032315 (2008).

KVANTOVÝ ZESILOVAČ KONCENTRUJÍCÍ FÁZI Běžný kvantový zesilovač zvětšuje šum ve fázi. Pravděpodobnostně, stav může být zesílen a fluktuace ve fázi mohou výrazně klesat. Zdrojem energie zesilovače je šum. Petr Marek a Radim Filip (teorie), nyní experiment na MPI Erlangen

KOREKCE ŠUMU KOMPLETNĚ RUŠÍCÍHO KVANTOVÝ PŘENOS Velké zvýšení šumu vazbou na okolí vede k úplné ztrátě kvantových vlastností. Kvantovou informaci nesenou komplementárními veličinami je možné obnovit částečnou detekcí šumu a elektronickou (elektro-optickou) opravou. Radim Filip (teorie), nyní experiment na DTU Lyngby

II. REDUKCE ŠUMU INTERFERENCÍ Konstruktivní interference více kopií zašuměného signálu umožňuje snížit šum. S rostoucím počtem kopií je možné dosáhnout původní signál. Přidaný šum V=(V1+V2)/4. Přidaný šum je redukován faktorem 1/N, kde N je počet kopií. U.L. Andersen, R. Filip, J. Fiurasek, V. Josse, G. Leuchs, Phys. Rev. A 72, 060301R (2005).

REDUKCE FÁZOVÉHO ŠUMU Fázovým šumem se Gaussovský šum mění v ne-gaussovský. Pro úplnou redukci (destilaci) potřebujeme více kopií a iterativní protokol. J. Fiurášek, P. Marek, R. Filip, and R. Schnabel, Phys. Rev. A 75, 050302(R) (2007). A. Franzen, B. Hage, J. DiGuglielmo, J. Fiurasek, R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 97, 150505 (2006)

REDUKCE FÁZOVÉHO ŠUMU Fázovým šumem se Gaussovský šum mění v ne-gaussovský. Pro úplnou redukci (destilaci) potřebujeme více kopií a iterativní protokol. J. Fiurášek, P. Marek, R. Filip, and R. Schnabel, Phys. Rev. A 75, 050302(R) (2007). A. Franzen, B. Hage, J. DiGuglielmo, J. Fiurasek, R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 97, 150505 (2006)

HARMONICKÝ PRŮMĚR KVANTOVÝCH ŠUMŮ Kvantové šumy se normálně skládají aditivně: V=V1+V2 nebo V=(V1+V2)/2. To neumožňuje efektivně stabilizovat zdroje kvantových šumů. Kvantové šumy se mohou skládat i harmonicky: 1/V=1/V1+1/V2 nebo 1/V=(1/V1+1/V2)/2. Radim Filip (teorie), nyní experiment na DTU Lyngby

ZÁPIS DO KVANTOVÉ PAMĚTI S MINIMEM ŠUMU B. Julsgaard et al., Nature 2004 kvantová paměť = kvantový stav světla uchován do mraků mnoha atomů. slabá interakce mezi světlem a atomy optimální zápis bez šumu, pouze s minimálními ztrátami (klíčový pro vysoce neklasické stavy) R. Filip, Phys. Rev. A 78, 012329 (2008)

INTERFERENCE A REDUKCE ŠUMU V KVANTOVÉ PAMĚTI kvantová paměť by měla umožnit interferenci bez časové synchronizace: kvantové experimenty pro náhodně přicházející signály. redukce šumu je možná přímo v atomové paměti. J. Herec and R. Filip, Phys. Rev. A 74, 062306 (2006).

KVANTOVÝ PŘEVODNÍK Kvantový převodník přenáší kvantový šum světla na jiné mnohem více šumící fyzikální systémy (atomy, kvantové tečky, plasmony, mech. oscilátor) skrz typicky velmi slabou interakci. Ideální kvantový převodník je dosažitelný. Radim Filip, Phys. Rev. A 80, 022304 (2009)

APLIKACE: PŘESNÉ MĚŘENÍ Kvantová interferometrie: první využití stlačeného šumu světla. Přesnost měření není možné zvýšit větším výkonem laseru, protože ten zvyšuje současně tlak světla na měřený objekt. Podmínkou je, aby stlačený šum byl velmi kvalitní, stabilní a jeho převod na měřený objekt byl velmi účinný.

APLIKACE: BEZPEČNÁ ŠIFRA Kvantová kryptografie: první využití vztahu informace a kvantového šumu. Únik informace je vždy doprovázen zvýšením kvantového šumu, který je možné měřit. Podmínkou je, aby celý přenos informace byl blízko hranice kvantového šumu. Jinak je bezpečnost ztracena.

BUDOUCNOST Další aplikace kvantového šumu? Nové metody ovládání šumu světla a látky? Kvantový šum světla versus kvantový šum elektronů? Podobnosti, odlišnosti a fyzikální převodník? Volná stipendia pro PhD studenty.