Podsumowanie wyników projektu SONATA 6, 2013/11/D/ST2/02638
Splątanie kwantowe to jedno z najbardziej zaskakujących zjawisk przewidzianych przez mechanikę kwantową. Cząstki kwantowe, które wcześniej ze sobą oddziaływały potrafią natychmiast reagować na zmianę stanu splątanej z nimi cząstki, nawet jeśli znajduje się ona niezwykle daleko. Co więcej, nie da się idealnie skopiować informacji zakodowanej w układzie kwantowym jeżeli jest nam wcześniej nieznana. Te zjawiska sprawiają, że kwantowe technologie informatyczne są odporne na ataki hakerów oraz próby fałszerstwa. Odporność układu kwantowego zależy od tego, czy splątanie kwantowe jest wystarczająco silne lub czy stany kwantowe, których używamy są odpowiednio wysokiej jakości. Oznacza to, że technologie kwantowe znakomicie nadają się do stworzenia niepodrabialnej waluty przyszłości.
W naszym projekcie skupiliśmy się na badaniu właściwości stanów kwantowych światła. Opracowaliśmy metody pomiaru jakości stanów kwantowych oraz zbadaliśmy ich zastosowanie w nowych technologiach komunikacyjnych i obliczeniowych. W rezultacie zbudowaliśmy źródła promieniowania wysyłające określoną liczbę fotonów i zwiększyliśmy wydajności optycznych kwantowych bramek logicznych o jeden rząd wielkości. Pozwoliło nam to opracować a następnie przetestować nowe metody pomiaru i detekcji splątania kwantowego i nielokalności. Jednym z najważniejszych wyników naszej pracy jest stworzenie optycznych pieniędzy kwantowych i zbadanie do jakiego stopnia taka waluta jest odporna na próby podrobienia. Prace nad optycznymi pieniędzmi kwantowymi stanowią punkt wyjścia do dalszych badań nad całkowicie niepodrabialnymi środkami płatniczymi. Wyniki naszych prac były szeroko komentowane zarówno w literaturze fachowej jak i mediach.
Jednocześnie udało nam się opracować nowe metody badania splątania kwantowego, które ma fundamentalne znaczenie dla kwantowych technologii komunikacyjnych, w tym teleportacji kwantowej. Mamy nadzieję, że rozwój technologiczny wkrótce pozwoli na powszechne zastosowanie tych metod w praktyce. Nasze badania zaowocowały również wprowadzeniem nowych pomysłów na zapisywanie i odczyt informacji kwantowej oraz na zwiększenie wydajności optycznych obliczeń kwantowych. Optyczne obliczenia kwantowe są probabilistyczne (co oznacza, że tylko część uzyskanych wyników jest przydatna), ale mogą być stosowane w budowie routerów kwantowych, potrzebnych do budowy kwantowego internetu. Jednym z ważniejszych argumentów motywujących rozwój technologii kwantowych jest możliwość budowy komputera kwantowego, który wykonywałby pewne obliczenia znacznie szybciej niż komputery nie wykorzystujące zjawisk kwantowych. Badania nad stanami kwantowymi przybliżają nas o krok do technologii, która będzie nie tylko dużo szybsza, ale również bezpieczniejsza niż obecnie stosowane rozwiązania.
Komentarze w mediach na temat wyników prac nad pieniędzmi kwantowymi
Opublikowane artykuły naukowe
- K. Bartkiewicz, A. Černoch, G. Chimczak, K. Lemr, A. Miranowicz, F. Nori, Experimental quantum forgery of quantum optical money, npjQI 3, s41534-017-0010-x (2017), https://doi.org/10.1038/s41534-017-0010-x
- K. Lemr, K. Bartkiewicz, A. Černoch, Miloslav Dušek, J. Soubusta, Experimental implementation of optimal linear-optical controlled-unitary gates, Phys. Rev. Lett. 114, 153602 (2015), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.153602
- K. Bartkiewicz, P. Horodecki, K. Lemr, A. Miranowicz, K. Życzkowski, Method for universal detection of two-photon polarization entanglement, Phys. Rev. A 91, 032315 (2015), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.91.032315
- K. Bartkiewicz, A. Černoch, D. Javůrek, K. Lemr, J. Soubusta, J. Svozilík, One-state vector formalism for the evolution of a quantum state through nested Mach-Zehnder interferometers, Phys. Rev. A 91, 012103 (2015), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.91.012103
- K. Bartkiewicz, J. Beran, K. Lemr, M. Norek, A. Miranowicz, Quantifying entanglement of a two-qubit system via measurable and invariant moments of its partially transposed density matrix, Phys. Rev. A 91, 022323 (2015), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.91.022323
- A. Miranowicz, K. Bartkiewicz, J. Perina Jr., M. Koashi, N. Imoto, F. Nori, Optimal two-qubit tomography based on local and global measurements: Maximal robustness against errors as described by condition numbers Phys. Rev. A 90, 062123 (2014), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.90.062123
- A. Miranowicz, K. Bartkiewicz, N. Lambert, Y.-N. Chen, F. Nori, Increasing relative nonclassicality quantified by standard entanglement potentials by dissipation and unbalanced beam splitting, Phys. Rev. A 92, 062314 (2015), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.92.062314
- A. Miranowicz, K. Bartkiewicz, A. Pathak, J. Perina Jr., Y.-N. Chen, F. Nori: Statistical mixtures of states can be more quantum than their superpositions: Comparison of nonclassicality measures for single-qubit states, Phys. Rev. A 91, 042309 (2015), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.91.042309
- M. Wieśniak, A. Dutta, J. Ryu: Geometrical Bell inequalities for arbitrarily many qudits with different outcome strategies, J. Phys. A 49, 035302 (2015), https://doi.org/10.1088/1751-8113/49/3/035302
- K. Bartkiewicz, A. Černoch, K. Lemr, A. Miranowicz: Priority Choice Experimental Two-Qubit Tomography: Measuring One by One All Elements of Density Matrices, Sci. Rep. 6, 19610 (2016), https://doi.org/10.1038/srep19610
- K. Bartkiewicz, A. Černoch, D. Javůrek, K. Lemr, J. Soubusta, J. Svozilík: Reply to ``Comment on `One-state vector formalism for the evolution of a quantum state through nested Mach-Zehnder interferometers' '', Phys. Rev. A 93, 036104 (2016), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.93.036104
- K. Bartkiewicz, A. Černoch, K. Lemr, A. Miranowicz, F. Nori: Temporal steering and security of quantum key distribution with mutually unbiased bases against individual attacks, Phys. Rev. A 93, 062345 (2016), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.93.062345
- K. Lemr, K. Bartkiewicz, A. Černoch: Experimental measurement of collective nonlinear entanglement witness for two qubits, Phys. Rev. A 94, 052334 (2016), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.94.052334
- M. Bula, K. Bartkiewicz, A. Černoch, D. Javůrek, K. Lemr, V. Michálek, J. Soubusta: Measuring evolution of a photon in an interferometer with spectrally resolved modes, Phys. Rev. A 94, 052106 (2016), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.94.052106
- K. Bartkiewicz, A. Černoch, K. Lemr, A. Miranowicz, F. Nori: Experimental temporal quantum steering, Sci. Rep. 6, 38076 (2016), https://doi.org/10.1038/srep38076
- K. Bartkiewicz, G. Chimczak, K. Lemr: Direct method for measuring and witnessing quantum entanglement of arbitrary two-qubit states through Hong-Ou-Mandel interference, Phys. Rev. A 95, 022331 (2017), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.95.022331
- K. Bartkiewicz, K. Lemr, A. Černoch, A. Miranowicz: Bell nonlocality and fully entangled fraction measured in an entanglement-swapping device without quantum state tomography, Phys. Rev. A 95, 030102(R) (2017), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.95.030102
- M. Żukowski, W. Laskowski, M. Wieśniak: On entanglement of light and Stokes parameters, Phys. Scripta 91, 084001 (2016), https://doi.org/10.1088/0031-8949/91/8/084001
- V. Trávníček, K. Bartkiewicz, A. Černoch, K. Lemr: Experimental characterization of photon-number noise in Rarity-Tapster-Loudon-type interferometers Phys. Rev. A 96, 023847 (2017), https://doi.org/10.1103/PhysRevA.96.023847
Artykuły oczekujące na publikację
- G. Chimczak, K. Bartkiewicz, Z. Ficek, R. Tanaś: Interaction between two quantized cavity modes via an ensemble of four-level atoms in the diamond configuration(w recenzji)
- K. Bartkiewicz, G. Chimczak: Two methods for measuring Bell nonlocality via local unitary invariants of two-qubit systems in Hong-Ou-Mandel interferometers (w recenzji)
Materiały wideo: Experimental Temporal Quantum Steering, Sci. Rep. 6, 38076 (2016)
https://www.nature.com/articles/srep38076
Konferencje i sympozja
Wykłady
-
CEWQO 2015, Warszawa, Polska
KL: Experimental implementation of optimal linear-optical controlled-unitary gates
KB (wykład zaproszony): Priority choice two-qubit tomography -
Polska Konferencja Optyczna 2015, Legnica, Polska
KB (wykład zaproszony),
AČ, KL, JS, AM: Informatyka kwantowa na pojedynczych fotonach -
43. Zjazd Fizyków Polskich w Kielcach
KB, AČ, KL, JS, AM: Informatyka kwantowa na pojedynczych fotonach -
Photons beyond qubits 2016, Olomouc, Czechy
KB (wykład zaproszony), AČ, GC, KL, AM, FN: Experimental quantum forgery of quantum optical money -
CEWQO 2016, Kolybari, Grecja
AC, KL, KB: Construction of highly versatile four-photon source -
20th SCPOC 2016, Jasna, Słowacja
KB (wykład zaproszony): How to measure the quantum properties of polarization correlated photon pairs by interferrence -
RIKEN Workshop on temporal steering and virtual photons, 2017, Wako-shi, Japonia
KB: Experimental spatio-temoral steering -
WITHIN AND BEYOND QUANTUM MECHANICS, KCIK, 2017, Sopot, Polska
KB: Measuring the quantum properties of polarization-correlated photon pairs by Hong-Ou-Mandel interference
Postery
-
CEWQO 2014, Bruksela, Belgia
AČ, KL, KB, AM: Linear-optical Rabi oscillations simulator
KB, PH, KL, AM, KŻ: Universal detection of two-photon polarization entanglement -
CEWQO 2015, Warszawa, Polska
AČ, KB, KL, AM: Experimental comparison of several tomographic protocols -
CEWQO 2016, Kolymbari, Grecja
KB, AČ, GC, KL, AM, FN: Experimental quantum forgery of quantum optical money
KL, KB, AČ: Experimental measurement of the collectibility of two-qubit states -
20th SCPOC 2016, Jasna, Słowacja
AČ, KL, KB: Tunable source two independent entangled photon pairs -
CEWQO 2017, Konges Lyngby, Dania
AČ, KB, KL, JS: Experimental tests of coherence and entanglement conservation
KL, KB, AČ, AM: Experimental entanglement diagnostics for quantum relays using nonlinear witnesses
KB, GC, AČ, KL, AM: Measuring and detecting quantum entanglement or nonlocality via Hong-Ou-Mandel interference