論文の概要: Highly-enhanced active beam-wander-correction for free-space quantum
communications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.17900v1
- Date: Fri, 27 Oct 2023 05:19:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-30 14:44:08.275886
- Title: Highly-enhanced active beam-wander-correction for free-space quantum
communications
- Title（参考訳）: 自由空間量子通信のための高エンハンスアクティブビームワンダー補正
- Authors: Dohoon Lim, Dongkyu Kim, Kyungdeuk Park, Dong-Gil Im, and Yong Sup Ihn
- Abstract要約: 本研究では,高強度能動ビームワンダー補正技術を導入する。
SMF自動結合アルゴリズムと分離安定化手法を実装した。
提案手法は偏光絡み状態の忠実さを回復する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6581049960856515
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In practical applications to free-space quantum communications, the
utilization of active beam coupling and stabilization techniques offers notable
advantages, particularly when dealing with limited detecting areas or coupling
into single-mode fibers(SMFs) to mitigate background noise. In this work, we
introduce highly-enhanced active beam-wander-correction technique, specifically
tailored to efficiently couple and stabilize beams into SMFs, particularly in
scenarios where initial optical alignment with the SMF is misaligned. To
achieve this objective, we implement a SMF auto-coupling algorithm and a
decoupled stabilization method, effectively and reliably correcting beam wander
caused by atmospheric turbulence effects. The performance of the proposed
technique is thoroughly validated through quantitative measurements of the
temporal variation in coupling efficiency(coincidence counts) of a laser
beam(entangled photons). The results show significant improvements in both mean
values and standard deviations of the coupling efficiency, even in the presence
of 2.6 km atmospheric turbulence effects. When utilizing a laser source, the
coupling efficiency demonstrates a remarkable mean value increase of over 50 %,
accompanied by a substantial 4.4-fold improvement in the standard deviation.
For the entangled photon source, a fine mean value increase of 14 % and an
approximate 2-fold improvement in the standard deviation are observed.
Furthermore,the proposed technique successfully restores the fidelity of the
polarization-entangled state, which has been compromised by atmospheric effects
in the free-space channel, to a level close to the fidelity measured directly
from the source. Our work will be helpful in designing spatial light-fiber
coupling system not only for free-space quantum communications but also for
high-speed laser communications.
- Abstract（参考訳）: 自由空間量子通信への実用化において、アクティブビームカップリングと安定化技術の利用は、特にバックグラウンドノイズを軽減するために、限られた検出領域や単一モードファイバ(SMF)へのカップリングを扱う際に、顕著な利点をもたらす。
本研究では,特に初期光学的アライメントがミスアライメントされた場合において,ビームをsmfに効率的に結合・安定化するように調整した,高度に強化されたアクティブビーム・ワンダー補正技術を導入する。
この目的を達成するために,smf自動結合アルゴリズムと分離安定化手法を実装し,大気乱流効果によるビームの移動を効果的かつ確実に補正する。
レーザ光(絡み合った光子)の結合効率(衝突数)の時間的変動を定量的に測定することにより,提案手法の性能を徹底的に検証した。
その結果, 2.6kmの大気乱流効果が存在する場合でも, 平均値とカップリング効率の標準偏差ともに有意な改善が認められた。
レーザー源を利用する場合、結合効率は50%以上の顕著な平均値増加を示し、標準偏差は4.4倍に向上する。
絡み合った光子源については、14%の微細平均値増加と標準偏差の近似2倍の改善が観察された。
さらに,提案手法は,自由空間チャネルの大気効果によって損なわれた偏光エンタングル状態の忠実度を,音源から直接測定した忠実度に近いレベルに復元することに成功した。
自由空間の量子通信だけでなく,高速レーザー通信においても,空間光ファイバーカップリングシステムの設計に役立ちます。
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