Abstract: The classical optical communication systems in free space have been extensively studied, in contrast to quantum systems which until relatively recently have acquired great interest for satellite applications and quantum key distribution. Proper design of the elements that collect light in the receiver is critical for good performance. So, the main objective of this paper is to present an optical antennas design methodology used in quantum communications. This article shows feasibility and utility of paraxial theory use for this design which allows the use of optical components such as astronomical telescopes used in conventional classical schemes. An optical antenna for 1550 nm was designed with the help of simulation tools and a commercial Cassegrain type telescope. Also, a proof of concept in the laboratory was performed where three photons per bit were captured, validating as well the suggested methodology.

Resumen: Los sistemas de comunicación óptica clásicos en espacio libre han sido ampliamente estudiados en contraste con los sistemas cuánticos, los cuales hasta fechas relativamente recientes han ido adquiriendo gran interés para aplicaciones satelitales y distribución de llave cuántica. El adecuado diseño de los elementos que recolectan la luz en el receptor es crítico para un buen desempeño. Así, el objetivo principal del presente trabajo es presentar una metodología de diseño de antenas ópticas empleadas en comunicación cuántica. Se muestra la factibilidad y utilidad de la teoría paraxial para este diseño, permitiendo el empleo de componentes ópticos, tales como telescopios astronómicos usados en esquemas clásicos convencionales. Con la ayuda de herramientas de simulación, diseñamos una antena óptica para 1550 nm, empleando un telescopio tipo Cassegrain, y realizamos una prueba de concepto en laboratorio siendo capaces de captar tres fotones por bit validando la metodología sugerida.

Se propone un circuito LC con carga eléctrica discreta como sistema alternativo para la realización de un bit cuántico. Considerando la energía de una fuente oscilatoria como perturbación, se da una descripción de la manipulación de un bit cuántico a través de las oscilaciones de Rabi. A diferencia de las oscilaciones de Rabi estándar, se demuestra que la frecuencia de Rabi tiene una dependencia con el parámetro mesoscópico C/L.

We propose an LC circuit with discrete electric charge as an alternative system for the realization of a quantum bit. Considering the energy of an oscillatory source as a perturbative term, we describe the manipulation of such quantum bit by means of Rabi oscillations. Unlike the standard Rabi oscillations, we show that the Rabi frequency depends on the mesoscopic parameter C/L

We study the effects of counter rotating terms in the interaction of quantized light with a two-level atom, by using the method of small rotations. We give an expression for the wave function of the composed system atom plus field and point out one initial wave function that generates a quantum bit of the electromagnetic field with arbitrary amplitudes.

Estudiamos los efectos de los términos contra-rotantes en la interacción entre un campo electromagnético cuantizado y un átomo de dos niveles, usando el método de pequeñas rotaciones. Obtenemos una expresión para la función de onda del sistema compuesto átomo-campo y elegimos un estado inicial de la función de onda que genera un bit cuántico del campo electromagnético.