najoNanosystems: Physics, Chemistry, MathematicsНаносистемы: физика, химия, математика2220-80542305-7971Университет ИТМОnajo-1247Research ArticlePHYSICSФИЗИКАMicroscopic discrete model of nonideal photodetectorМикроскопическая дискретная модель неидеального фотодетектораМирошниченкоГ. П.MiroshnichenkoG. P.

G.P. Miroshnichenko – Professor, Doctor of Science

gpmirosh@gmail.comТрифановА. И.TrifanovA. I.

A.I. Trifanov – postgraduate student

alextrifanov@gmail.comСанкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптикиРоссияSaint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and OpticsRussian Federation2012200820253193100Copyright © Miroshnichenko G.P., Trifanov A.I., 20252025Мирошниченко Г.П., Трифанов А.И.Miroshnichenko G.P., Trifanov A.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nanojournal.ifmo.ru/jour/article/view/1247

The descreet photodetection process is under investigation. It is assumed to be nonideal due to the possibility of appearing "dark" and "bright" clicks of ionization chamber, which measures the atom state. The nonorthogonal POVM measures and Kraus extension on the field states space are proposed.

Исследован процесс дискретного фотодетектирования в предположении о неидеальности детектора атомов- зондов. Предложена неортогональная система операторозначных мер, описывающая процесс измерения и построены трансформеры атомных и полевых состояний.

фотодетектированиеионизационная камерарезонаторное взаимодействиередукция состоянияразложение Краусаphotodetectionionizing chamberQED intracavity interactionstate reductionKraus extensionРабота поддержана в рамках Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» No.2.1.1/9425, Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» 2009-2013 годы. Государственный контракт No.П689. Проект НК-526П/24 и НИОКР РК10186.ReferencesKraus K. States, Effects and Operations. Fundamental notions of quantum theory. — Berlin, Heldeiberg: Springer-Verlag, 1983. — 152 p.Kraus K. States, Effects and Operations. Fundamental notions of quantum theory. — Berlin, Heldeiberg: Springer-Verlag, 1983. — 152 p.Peres A. Quantum Theory: Concepts and Methods. — Kluwer Academic Publishers, 2002. — 449 p.Peres A. Quantum Theory: Concepts and Methods. — Kluwer Academic Publishers, 2002. — 449 p.Poyatos J. F., Cirac I.J. Complete Characterization of a Quantum Process: The Two-Bit Quantum Gate // Phys. Rev. Lett. — 1997. — 78(2). — P. 390-393.Poyatos J. F., Cirac I.J. Complete Characterization of a Quantum Process: The Two-Bit Quantum Gate // Phys. Rev. Lett. — 1997. — 78(2). — P. 390-393.Lobino M., Korystov D., Kupchak C., Figueroa E., Sanders B.C., Lvovsky A.I. Complete Characterization of Quantum-Optical Processes // Nature, – 2008. — 322. — P. 563-566.Lobino M., Korystov D., Kupchak C., Figueroa E., Sanders B.C., Lvovsky A.I. Complete Characterization of Quantum-Optical Processes // Nature, – 2008. — 322. — P. 563-566.Hradil Z. Quantum state estimation // Phys. Rev. A. — 1997. — 55(3). — P. 1561-1564.Hradil Z. Quantum state estimation // Phys. Rev. A. — 1997. — 55(3). — P. 1561-1564.Teo Y. S., Zhu H., Englert B-G., Rehacek J., Hradil Z. Quantum-State Reconstruction by Maximizing Likelihood and Entropy // Phys. Rev. Lett. — 2011. — 107(2). — P. 020404(4).Teo Y. S., Zhu H., Englert B-G., Rehacek J., Hradil Z. Quantum-State Reconstruction by Maximizing Likelihood and Entropy // Phys. Rev. Lett. — 2011. — 107(2). — P. 020404(4).Amri T. Quantum Behavior of Measurement Apparatus // arXiv:1001.3032v2 [quant-ph] — 2010.Amri T. Quantum Behavior of Measurement Apparatus // arXiv:1001.3032v2 [quant-ph] — 2010.DiVincenzo D. p. The physical implementation of quantum computation // Fortschr. Phys. — 2000. — 48. — P. 771-783.DiVincenzo D. p. The physical implementation of quantum computation // Fortschr. Phys. — 2000. — 48. — P. 771-783.Perez-Delgado C. A., Kok p. Quantum computers: Definition and implementations // Phys. Rev. Lett. — 2011. — 83(1). — P. 012303(15).Perez-Delgado C. A., Kok p. Quantum computers: Definition and implementations // Phys. Rev. Lett. — 2011. — 83(1). — P. 012303(15).O’Brien J. L., Furusawa A., Vuckovich J. Photonic quantum technologies // Nature Photonics. — 2009. — 3. — P. 687-695.O’Brien J. L., Furusawa A., Vuckovich J. Photonic quantum technologies // Nature Photonics. — 2009. — 3. — P. 687-695.Mandel L. Fluctuations of Photon Beams and their Correlations // Proc. Phys. Soc. — 1958. — 72. — P. 1037 1048.Mandel L. Fluctuations of Photon Beams and their Correlations // Proc. Phys. Soc. — 1958. — 72. — P. 1037 1048.Mandel L. Progress in Optics (edited by E. Wolf) // – 1963. — 2. Amsterdam : North-Holland.Mandel L. Progress in Optics (edited by E. Wolf) // – 1963. — 2. Amsterdam : North-Holland.Kelley p.L., Kleiner W.H. Theory of electromagnetic field measurement and photoelectron counting // Phys. Rev. A. — 1964. — 136(2). — P. 316-334.Kelley p.L., Kleiner W.H. Theory of electromagnetic field measurement and photoelectron counting // Phys. Rev. A. — 1964. — 136(2). — P. 316-334.Srinivas M. D., Davies E.B. Photon counting probabilities in quantum optics // Opt. Act. — 1981. — 28(7). — P. 981-976.Srinivas M. D., Davies E.B. Photon counting probabilities in quantum optics // Opt. Act. — 1981. — 28(7). — P. 981-976.Carmichael H. An Open system approach to quantum optics. — Berlin: Springer-Verlag, 1993.Carmichael H. An Open system approach to quantum optics. — Berlin: Springer-Verlag, 1993.Gardiner C.W. Quantum noise. — Berlin: Springer-Verlag, 1991.Gardiner C.W. Quantum noise. — Berlin: Springer-Verlag, 1991.Walls D. F., Milburn G.J. Quantum optics. — New York: Springer-Verlag, 1995.Walls D. F., Milburn G.J. Quantum optics. — New York: Springer-Verlag, 1995.Мандель Л., Вольф Э. Оптическая когерентность и квантовая оптика. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2000. — 896 с.Мандель Л., Вольф Э. Оптическая когерентность и квантовая оптика. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2000. — 896 с.Mollow B.R. Quantum theory of field attenuation // Phys. Rev. — 1968. — 168. — P. 1896-1919.Mollow B.R. Quantum theory of field attenuation // Phys. Rev. — 1968. — 168. — P. 1896-1919.Zoller p., Marte M., Walls D.F. Quantum jumps in atomic systems // Phys. Rev. A. — 1987. — 35. — P. 198-207.Zoller p., Marte M., Walls D.F. Quantum jumps in atomic systems // Phys. Rev. A. — 1987. — 35. — P. 198-207.Ueda M., Imoto N., Ogawa T. Microscopic theory of the continuous measurement of photon number // Phys. Rev. A. — 1990. — 41. — P. 4127-4130.Ueda M., Imoto N., Ogawa T. Microscopic theory of the continuous measurement of photon number // Phys. Rev. A. — 1990. — 41. — P. 4127-4130.Dodonov A.V., Mizrahi S.S., Dodonov V.V. Quantum photodetection distributions with “nonlinear” quantum jump superoperator // J. Opt. B: Quant. Semicl. Opt. — 2005. — 7. — P. 99-108.Dodonov A.V., Mizrahi S.S., Dodonov V.V. Quantum photodetection distributions with “nonlinear” quantum jump superoperator // J. Opt. B: Quant. Semicl. Opt. — 2005. — 7. — P. 99-108.Dodonov A. V., Mizrahi S.S., Dodonov V.V. Microscopic models of quantum-jump superoperators // Phys. Rev. A. — 2005. — 72(2). — P. 023816(8).Dodonov A. V., Mizrahi S.S., Dodonov V.V. Microscopic models of quantum-jump superoperators // Phys. Rev. A. — 2005. — 72(2). — P. 023816(8).Dodonov A. V., Mizrahi S.S., Dodonov V.V. Engineering quantum jump superoperators for single-photon detectors // Phys. Rev. A. — 2006. — 74(3). — P. 033823(7).Dodonov A. V., Mizrahi S.S., Dodonov V.V. Engineering quantum jump superoperators for single-photon detectors // Phys. Rev. A. — 2006. — 74(3). — P. 033823(7).Dodonov A. V., Mizrahi S.S., Dodonov V.V. Inclusion of nonidealities in the continuous photodetection model // Phys. Rev. A. — 2007. — 75(1). — P. 013806(8).Dodonov A. V., Mizrahi S.S., Dodonov V.V. Inclusion of nonidealities in the continuous photodetection model // Phys. Rev. A. — 2007. — 75(1). — P. 013806(8).Wagner C., Brecha R.J., Schenzle A., Walther H. Phase diffusion, entangled states, and quantum measurements in the micromaser // Phys. Rev. A. — 1993. — 47. — P. 5068-5079.Wagner C., Brecha R.J., Schenzle A., Walther H. Phase diffusion, entangled states, and quantum measurements in the micromaser // Phys. Rev. A. — 1993. — 47. — P. 5068-5079.Briegel H-J., Englert B-G., Sterpi N., Walther H. One-atom maser: Statistics of detector clicks // Phys. Rev. A. — 1994. — 49(4). — P. 2962-2985.Briegel H-J., Englert B-G., Sterpi N., Walther H. One-atom maser: Statistics of detector clicks // Phys. Rev. A. — 1994. — 49(4). — P. 2962-2985.Мирошниченко Г.П. Измерение статистических характеристик квантованной моды в различных режимах фотодетектирования // ЖЭТФ. — 2007. — 131(5). — С. 829-841.Мирошниченко Г.П. Измерение статистических характеристик квантованной моды в различных режимах фотодетектирования // ЖЭТФ. — 2007. — 131(5). — С. 829-841.Мирошниченко Г.П. Дискретное фотодетектирование для протоколов линейных оптических квантовых вычислений и коммуникаций // ЖЭТФ. — 2011. — 139(5). — С. 1-11.Мирошниченко Г.П. Дискретное фотодетектирование для протоколов линейных оптических квантовых вычислений и коммуникаций // ЖЭТФ. — 2011. — 139(5). — С. 1-11.Terashima H. Information, fidelity, and reversibility in photodetection processes // Phys. Rev. A. — 2011. — 83(3). — P. 032111(13).Terashima H. Information, fidelity, and reversibility in photodetection processes // Phys. Rev. A. — 2011. — 83(3). — P. 032111(13).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.