Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography

Autores
Luda, Marcelo Alejandro; Larotonda, Miguel Antonio; Paz, Juan Pablo; Schmiegelow, Christian Tomás
Año de publicación
2014
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Several schemes have been proposed to extend quantum key distribution protocols aimed at improving their security or at providing new physical substrates for qubit implementation. We present a toolbox to jointly create, manipulate, and measure qubits stored in polarization and transverse-modes degrees of freedom of single photons. The toolbox includes local operations on single qubits, controlled operations between the two qubits, and projective measurements over a wide variety of nonlocal bases in the four-dimensional space of states. We describe how to implement the toolbox to perform an extended version of the BB84 protocol for this Hilbert space (ideally transmitting two key bits per photon). We present the experimental implementation of the measurement scheme both in the regimes of intense light beams and with single photons. Thus, we show the feasibility of implementing the protocol, providing an interesting example of a method for quantum information processing using the polarization and transverse modes of light as qubits.
Fil: Luda, Marcelo Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa. Centro de Investigación en Láseres y Aplicaciones; Argentina
Fil: Larotonda, Miguel Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa. Centro de Investigación en Láseres y Aplicaciones; Argentina
Fil: Paz, Juan Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina
Fil: Schmiegelow, Christian Tomás. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Materia
Quantum Optics
Angular Momentum of Light
Quantum Information
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
OAI Identificador
oai:ri.conicet.gov.ar:11336/29817

id CONICETDig_8febb0df24e96d63e127999f4f02215d
oai_identifier_str oai:ri.conicet.gov.ar:11336/29817
network_acronym_str CONICETDig
repository_id_str 3498
network_name_str CONICET Digital (CONICET)
spelling Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum CryptographyLuda, Marcelo AlejandroLarotonda, Miguel AntonioPaz, Juan PabloSchmiegelow, Christian TomásQuantum OpticsAngular Momentum of LightQuantum Informationhttps://purl.org/becyt/ford/1.3https://purl.org/becyt/ford/1Several schemes have been proposed to extend quantum key distribution protocols aimed at improving their security or at providing new physical substrates for qubit implementation. We present a toolbox to jointly create, manipulate, and measure qubits stored in polarization and transverse-modes degrees of freedom of single photons. The toolbox includes local operations on single qubits, controlled operations between the two qubits, and projective measurements over a wide variety of nonlocal bases in the four-dimensional space of states. We describe how to implement the toolbox to perform an extended version of the BB84 protocol for this Hilbert space (ideally transmitting two key bits per photon). We present the experimental implementation of the measurement scheme both in the regimes of intense light beams and with single photons. Thus, we show the feasibility of implementing the protocol, providing an interesting example of a method for quantum information processing using the polarization and transverse modes of light as qubits.Fil: Luda, Marcelo Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa. Centro de Investigación en Láseres y Aplicaciones; ArgentinaFil: Larotonda, Miguel Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa. Centro de Investigación en Láseres y Aplicaciones; ArgentinaFil: Paz, Juan Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; ArgentinaFil: Schmiegelow, Christian Tomás. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaAmerican Physical Society2014-04info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501info:ar-repo/semantics/articuloapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11336/29817Luda, Marcelo Alejandro; Larotonda, Miguel Antonio; Paz, Juan Pablo; Schmiegelow, Christian Tomás; Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography; American Physical Society; Physical Review A: Atomic, Molecular and Optical Physics; 89; 4; 4-2014; 42325-423351050-29472469-9934CONICET DigitalCONICETenginfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.89.042325info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1103/PhysRevA.89.042325info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://arxiv.org/abs/1312.4365info:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/reponame:CONICET Digital (CONICET)instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas2025-09-03T09:59:51Zoai:ri.conicet.gov.ar:11336/29817instacron:CONICETInstitucionalhttp://ri.conicet.gov.ar/Organismo científico-tecnológicoNo correspondehttp://ri.conicet.gov.ar/oai/requestdasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.arArgentinaNo correspondeNo correspondeNo correspondeopendoar:34982025-09-03 09:59:51.373CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicasfalse
dc.title.none.fl_str_mv Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography
title Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography
spellingShingle Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography
Luda, Marcelo Alejandro
Quantum Optics
Angular Momentum of Light
Quantum Information
title_short Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography
title_full Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography
title_fullStr Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography
title_full_unstemmed Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography
title_sort Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography
dc.creator.none.fl_str_mv Luda, Marcelo Alejandro
Larotonda, Miguel Antonio
Paz, Juan Pablo
Schmiegelow, Christian Tomás
author Luda, Marcelo Alejandro
author_facet Luda, Marcelo Alejandro
Larotonda, Miguel Antonio
Paz, Juan Pablo
Schmiegelow, Christian Tomás
author_role author
author2 Larotonda, Miguel Antonio
Paz, Juan Pablo
Schmiegelow, Christian Tomás
author2_role author
author
author
dc.subject.none.fl_str_mv Quantum Optics
Angular Momentum of Light
Quantum Information
topic Quantum Optics
Angular Momentum of Light
Quantum Information
purl_subject.fl_str_mv https://purl.org/becyt/ford/1.3
https://purl.org/becyt/ford/1
dc.description.none.fl_txt_mv Several schemes have been proposed to extend quantum key distribution protocols aimed at improving their security or at providing new physical substrates for qubit implementation. We present a toolbox to jointly create, manipulate, and measure qubits stored in polarization and transverse-modes degrees of freedom of single photons. The toolbox includes local operations on single qubits, controlled operations between the two qubits, and projective measurements over a wide variety of nonlocal bases in the four-dimensional space of states. We describe how to implement the toolbox to perform an extended version of the BB84 protocol for this Hilbert space (ideally transmitting two key bits per photon). We present the experimental implementation of the measurement scheme both in the regimes of intense light beams and with single photons. Thus, we show the feasibility of implementing the protocol, providing an interesting example of a method for quantum information processing using the polarization and transverse modes of light as qubits.
Fil: Luda, Marcelo Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa. Centro de Investigación en Láseres y Aplicaciones; Argentina
Fil: Larotonda, Miguel Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa. Centro de Investigación en Láseres y Aplicaciones; Argentina
Fil: Paz, Juan Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina
Fil: Schmiegelow, Christian Tomás. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
description Several schemes have been proposed to extend quantum key distribution protocols aimed at improving their security or at providing new physical substrates for qubit implementation. We present a toolbox to jointly create, manipulate, and measure qubits stored in polarization and transverse-modes degrees of freedom of single photons. The toolbox includes local operations on single qubits, controlled operations between the two qubits, and projective measurements over a wide variety of nonlocal bases in the four-dimensional space of states. We describe how to implement the toolbox to perform an extended version of the BB84 protocol for this Hilbert space (ideally transmitting two key bits per photon). We present the experimental implementation of the measurement scheme both in the regimes of intense light beams and with single photons. Thus, we show the feasibility of implementing the protocol, providing an interesting example of a method for quantum information processing using the polarization and transverse modes of light as qubits.
publishDate 2014
dc.date.none.fl_str_mv 2014-04
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
http://purl.org/coar/resource_type/c_6501
info:ar-repo/semantics/articulo
format article
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/11336/29817
Luda, Marcelo Alejandro; Larotonda, Miguel Antonio; Paz, Juan Pablo; Schmiegelow, Christian Tomás; Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography; American Physical Society; Physical Review A: Atomic, Molecular and Optical Physics; 89; 4; 4-2014; 42325-42335
1050-2947
2469-9934
CONICET Digital
CONICET
url http://hdl.handle.net/11336/29817
identifier_str_mv Luda, Marcelo Alejandro; Larotonda, Miguel Antonio; Paz, Juan Pablo; Schmiegelow, Christian Tomás; Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography; American Physical Society; Physical Review A: Atomic, Molecular and Optical Physics; 89; 4; 4-2014; 42325-42335
1050-2947
2469-9934
CONICET Digital
CONICET
dc.language.none.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.89.042325
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1103/PhysRevA.89.042325
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://arxiv.org/abs/1312.4365
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/
eu_rights_str_mv openAccess
rights_invalid_str_mv https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv American Physical Society
publisher.none.fl_str_mv American Physical Society
dc.source.none.fl_str_mv reponame:CONICET Digital (CONICET)
instname:Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
reponame_str CONICET Digital (CONICET)
collection CONICET Digital (CONICET)
instname_str Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.name.fl_str_mv CONICET Digital (CONICET) - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
repository.mail.fl_str_mv dasensio@conicet.gov.ar; lcarlino@conicet.gov.ar
_version_ 1842269605218746368
score 13.13397