論文の概要: Where are the photons in a transmission-line pulse?

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.14756v1
• Date: Thu, 27 Jul 2023 10:31:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-28 14:50:33.075513
• Title: Where are the photons in a transmission-line pulse?
• Title（参考訳）: 伝送線パルス中の光子はどこにありますか。
• Authors: Evangelos Varvelis, Debjyoti Biswas, and David P. DiVincenzo
• Abstract要約: 任意の波形発生器を用いた量子技術の現在の実践は、マイクロ波構造において非常に短く、少数の周期のパルスを生成することができる。 これらのシステムは純粋にコヒーレントな量子状態を生成する限界に達する。 我々は、光子カウンタと量子非破壊検出器が、いくつかの例のパルスで光子を最適に変換し、検出する必要があるという特性を考察する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We develop a photonic description of short, one-dimensional electromagnetic pulses, specifically in the language of electrical transmission lines. Current practice in quantum technology, using arbitrary waveform generators, can readily produce very short, few-cycle pulses in microwave TEM guided structures (coaxial cables or coplanar waveguides) in a very low noise, low temperature setting. We argue that these systems attain the limit of producing pure coherent quantum states, in which the vacuum has been displaced for a short time, and therefore short spatial extent. When the pulse is bipolar, that is, the integrated voltage of the pulse is zero, then the state can be described by the finite displacement of a single mode. Therefore there is a definite mean number of photons, but which have neither a well defined frequency nor position. Due to the Paley-Wiener theorem, the two-component photon 'wavefunction' of this mode is not strictly bounded in space even if the vacuum displacement that defines it is bounded. This wavefunction's components are, for the case of pulses moving in a specific direction, complex valued, with the real and imaginary parts related by a Hilbert transform. They are thus akin to the 'analytic signals' of communication theory. When the pulse is unipolar no photonic description is possible -- the photon number can be considered to be divergent. We consider properties that photon counters and quantum non-demolition detectors must have to optimally convert and detect the photons in several example pulses, and we discuss some consequence of this optimization for the application of very short pulses in quantum cryptography.
• Abstract（参考訳）: 短パルスの一次元電磁パルスの光学的記述を,特に伝送線路の言語を用いて開発する。 任意の波形発生器を用いた量子技術の現在の実践は、マイクロ波TEM誘導構造(同軸ケーブルまたはコプラナー導波管)において非常に短い、少数の周期のパルスを非常に低い温度設定で容易に生成することができる。 これらの系は、真空が短時間に置換された純粋なコヒーレントな量子状態を生成する限界に達し、したがって空間範囲が短いことを議論する。 パルスが双極子、すなわちパルスの積分電圧がゼロであるとき、状態は単一モードの有限変位によって記述できる。 したがって、特定の平均光子の数は存在するが、周波数も位置も明確に定義されていない。 Paley-Wiener の定理により、このモードの2成分光子 '波動関数' は、それを定義する真空変位が有界であるとしても、厳密には空間上の有界ではない。 この波動関数の成分は、特定の方向に移動するパルスの場合、複素値であり、実部と虚部はヒルベルト変換によって関連付けられる。 これらは通信理論の「分析信号」に似ている。 パルスが一極性の場合、光学的記述は不可能であり、光子番号は発散すると考えられる。 我々は、光子カウンタと量子非破壊検出器は、いくつかの例のパルスで光子を最適に変換し、検出しなければならない特性を考察し、量子暗号における非常に短いパルスの適用に対するこの最適化の結果について論じる。

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