Tidsbinkodning

Tidsbinkodning är en metod inom kvantkommunikation där informationen kodas i ankomsttiden för fotoner i diskreta tidsbin. Vanligast är två tidsbin, tidigt och sent, vilka används för att representera en kvantbitt. Genom att skapa en superposition av det tidiga och det sena tidsbinet kan olika kvanttillstånd beskrivas, till exempel α|E⟩ + β|L⟩ med en fas φ mellan binen.

I praktiken fungerar det ofta så att en pulsfödkälla avger ultrakorta ljuspulser som passerar genom en obalanserad Mach-Zehnder-interferometer. Den långa och den korta vägen ger två tidsbin, E och L. Fotonen kan befinna sig i en superposition av dessa tidsbin. För mätning används vanligtvis en liknande interferometer som omvandlar fasskillnaden mellan tidsbin till en observerbar signal vid en detektor. Vid kvantentanglement används fotonpar som genereras via spontant parametrisk nedbrytning, där varje fotonbeteende är korrelerat i tidsbin och mätning kan visa interferens när en gemensam fas är känd.

Fördelar och utmaningar: Tidsbin-kodning är robust mot polarisationsförändringar i optiska fibrer och är därmed väl anpassad till befintliga fiber-nätverk. Den kräver dock extrem interferometrisk stabilitet och noggrann synkronisering, samt hantering av dispersion och tidsutvidgning som kan reducera gränserna för bitflöde och felhastighet. Utvidgningar till fler än två tidsbin möjliggör högre dimensioner (qudits), men ökar komplexiteten i demodulation och stabilisering.

Användningar inkluderar kvantnyckeldelning (till exempel tids-bin BB84), kvantteleportation och kvantförstärkare/kvantrepeaterexperiment. Tidsbinkodning har blivit en vanlig plattform inom experimentell kvantkommunikation och kvantnätverk.