論文の概要: Nonlinear Optical Quantum Communication with a Two-Dimensional Perovskite Light Source
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.22060v1
- Date: Thu, 27 Nov 2025 03:24:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-01 19:47:55.374024
- Title: Nonlinear Optical Quantum Communication with a Two-Dimensional Perovskite Light Source
- Title（参考訳）: 2次元ペロブスカイト光源を用いた非線形光量子通信
- Authors: Shuyue Feng, Zijian Gan, Camryn J. Gloor, Wei You, Andrew M. Moran,
- Abstract要約: 2次元有機-無機ハイブリッドペロブスカイト (2D-OIHP) 量子井戸が量子通信技術の有望な光源として出現している。
本稿では,非線形光学現象を量子情報応用に活用する方法を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.486371572142896
- License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
- Abstract: Two-dimensional organic-inorganic hybrid perovskite (2D-OIHP) quantum wells are emerging as promising light sources for quantum communication technologies, owing to their ability to generate polarization-encoded optical signals. In this work, we explore how nonlinear optical phenomena can be exploited for quantum information applications, demonstrating the versatility that arises from resonant coupling among excited states. By tracking changes in the ellipticities of signal photons on femtosecond timescales in four-wave-mixing experiments, we first establish a method for information encoding based on exciton spin dynamics and biexciton correlations. Using single-photon detection, we then implement the BB84 quantum key distribution protocol by mapping these polarization states onto binary sequences. While the polarizations of weak coherent pulses are typically manipulated with optical elements in traditional quantum key distribution approaches, the intrinsic electronic structure and spin relaxation processes within the 2D-OIHP system determine the characteristics of the signal photons in our method. As a demonstration, an ASCII message consisting of 56 bits is transmitted through the polarization states of photons emitted by 2D-OIHP quantum wells. These results show that the information transmission efficiency depends strongly on contributions from biexciton states, highlighting the potential of spin-dependent nonlinear optical processes for quantum communication.
- Abstract（参考訳）: 2次元有機-無機ハイブリッドペロブスカイト (2D-OIHP) 量子井戸は、偏光符号化された光信号を生成する能力のため、量子通信技術の有望な光源として出現している。
本研究では, 非線形光学現象を量子情報応用に適用し, 励起状態間の共振結合から生じる汎用性を実証する。
4波混合実験において、フェムト秒時間スケールにおける信号光子の楕円性の変化を追跡することにより、まず、エクシトンスピンダイナミクスとバイエクシトン相関に基づく情報符号化法を確立する。
単一光子検出を用いて、これらの偏極状態をバイナリ配列にマッピングすることで、BB84量子鍵分布プロトコルを実装した。
弱コヒーレントパルスの偏光は、従来の量子鍵分布法では光学的要素で制御されるのに対し、2D-OIHP系における固有電子構造とスピン緩和過程は、この方法で信号光子の特性を決定する。
デモでは、56ビットからなるASCIIメッセージが、2D-OIHP量子井戸から放出される光子の偏光状態を介して送信される。
これらの結果は、情報伝達効率がバイエクシトン状態からの寄与に強く依存していることを示し、量子通信におけるスピン依存非線形光学プロセスの可能性を強調した。
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