Enhanced optical communication and broadband sub-shot-noise interferometry with a stable free-running periodically-poled-KTiOPO4 squeezer
利用周期性极化的KTiOPO4（PPKTP）晶体构建了一种本征稳定的I型光学参量振荡器，以产生稳定的明亮、连续波、宽带相位压缩光束。在20 MHz压缩带宽内，对微弱电光调制信号的光干涉测量灵敏度提高了3.2 dB。这也实现了超过相干光通信的信道容量增加。
2007-06-06 quant-ph
Enhanced Quantum Communication via Optical Refocusing
本文研究了由光重聚焦系统介导的量子通信问题，该系统被简化为一个具有有限光瞳的薄透镜。该模型捕捉了所有这些情况的基本特征，其中信号要么被中继器重新聚焦以进行长距离通信，要么在信息解码过程之前被聚焦在检测器上。介绍了线性光学系统的一般方法，计算了再聚焦装置的通信容量。虽然瞳孔的有限扩展可能会导致信息的丢失，我们表明，存在的重新聚焦系统可以大大提高可靠的通信速率相对于自由空间传播。
2011-01-13 quant-ph
Optical quantum communication complexity in the simultaneous message passing model
经典协议的通信成本通常根据通信的比特数来测量，因为这决定了协议期间通信所需的时间。类似地，对于使用有限维量子态的量子通信协议，通信成本是根据通信的量子比特数来测量的。然而，在量子物理学中，人们也可以使用无限维状态，如光学量子态，用于通信协议。基于计算在通信期间传输的量子比特（等效）数量的通信成本测量不能直接用于测量使用无限维状态的此类协议的成本。此外，使用这种基于量子比特的通信成本，无法推断出无限维协议的任何物理性质。在本文中，我们提供了一个框架来理解无限维协议中物理资源的增长。我们专注于光学协议的具体性。通信所需的时间和通信过程中消耗的能量被认为是这些协议的重要物理资源。在光协议中，通信所需的时间由从一方传输到另一方的时间仓模式的数量确定。发送的消息的平均光子数决定了协议中通信期间所需的能量。我们证明了这两个数量的增长与增长的问题大小之间的权衡的下界。我们称这种折衷关系为光量子通信复杂度关系。
2020-12-17 quant-ph
Error-free optical quantum communication
提出了一种通过噪声量子信道可靠传输量子信息的光学方案。该方案的灵感来自于量子纠错协议，但它避免了目前不可行的单光子之间的受控非操作的要求。本文提出的量子通信方案拒绝了单个比特翻转错误而不是纠正它们，并将三粒子纠缠态的量子测量特性与量子隐形传态的特性相结合。
2000-06-23 quant-ph
Experimental Demonstration of Robust Bidirectional Quantum Optical Communications
我们在实验上实现了一种通过成对保偏光纤可靠传输量子信息的新方法。物理设置扩展了Mach-Zehnder干涉仪的使用，其中通过干涉消除噪声。该方法可以看作是对现有纤维光学无消相干子空间方法的改进。此外，该设置可以双向应用，这意味着可以从两端实现稳健的量子通信。为了严格量化传输的量子信息的量，用量子通信理论中开发的工具分析光纤。这些结果不仅为通过光纤保护经典和量子信息提供了一种实用的手段，而且为丰富量子通信理论体系提供了一个新的物理平台。
2013-05-07 quant-ph
Computable limits of optical multiple-access communications
量子信道上的通信速率可以通过纠缠、超加性现象或纠缠辅助来提高。超可加性是指通过多个通道使用的输入纠缠而提高的容量。然而，当无限的纠缠援助是可用的，信道使用之间的纠缠变得不必要-纠缠辅助（EA）的单发送器和单接收器信道的容量是添加剂。我们概括的EA容量的加性一般多址信道（MAC）的总通信速率。此外，对于建模为相位不敏感的玻色子高斯MAC的光通信，我们证明了最佳的总速率是通过高斯纠缠实现的，因此可以有效地评估。为了衡量纠缠的优势，我们提出了可计算的外部边界的容量区没有纠缠援助。最后，我们制定了EA版本的最小熵猜想，这导致相位不敏感的玻色高斯MAC的容量区域的可加性，如果它是真的。可计算的极限证实了纠缠在光多址通信中的提升。
2021-10-04 quant-ph
Generation and manipulation of squeezed states of light in optical networks for quantum communication and computation
我们分析了一种光纤元件，它可以在利用光的压缩态的新型信息处理系统中找到多种用途。我们的方法是基于孤子噪声的光子数压缩现象后，孤子已通过非线性光纤传输。讨论了该器件在量子计算和量子密码学光网络中的应用。
2001-04-24 quant-ph
Space-to-ground quantum-communication using an optical ground station: a feasibility study
我们已经测试了卫星和光学地面站之间的空间到地面量子通信链路的实验先决条件。我们的想法的可行性正在使用ASI Matera激光测距观测站（MLRO）的设施进行评估。具体重点是对现有基础设施进行必要的技术改造，以实现从轨道卫星接收单光子。
2004-08-10 quant-ph
Quantum receiver beyond the standard quantum limit of coherent optical communication
最有效的现代光通信被称为相干通信，并且其标准量子极限（SQL）几乎可以用当前技术达到。虽然很长一段时间以来，人们一直预测这种SQL可以通过量子力学优化的接收器来克服，但到目前为止，这种性能还没有在实验上实现。在这里，我们展示了第一个超越相干光通信SQL的无条件证据。我们实现了一个简单的线性光学配置的量子接收器，并实现了超过90%的系统的总检测效率。这种高效的量子接收机将为扩展无放大信道的距离，以及实现基于相干态的量子信息协议和量子力学的无空洞测试提供一种新的途径。
2011-03-29 quant-ph
Optimizing deep-space optical communication under power constraints
从理论上研究了背景噪声存在下深空光通信的效率。随着平均信号功率谱密度的降低，优化的简单解码脉冲位置调制和具有直接检测的广义开关键控之间的缩放间隙打开。后者的缩放遵循具有加性高斯噪声的光信道的量子力学容量。发现有效的通信需要瞬时信号功率的高度不平衡分布。这种情况可以通过使用结构化接收器来缓解，该结构化接收器利用多个时间仓上的光干涉来在检测阶段之前集中信号功率。
2018-01-17 quant-ph
Active polarization control for quantum communication in long-distance optical fibers with shared telecom traffic
我们实验证明了波长复用有源偏振稳定的量子通信在光纤承载电信业务的兼容性。反馈控制信道之一包含从BER计产生的9.953Gb/s数据流。我们验证了在23 km光纤线轴的两个相反方向上传输单光子的能力，同时保持其偏振状态稳定，并且在反馈通道中无错误的经典BER，在6小时的连续操作期间。
2013-02-04 quant-ph
Covert Quantum Communication Over Optical Channels
本文研究有损热噪声玻色子光信道上的量子比特隐蔽通信，证明 n 次信道使用可隐蔽可靠传输 ∝√n 个量子比特，并通过双轨编码与容量上界方法给出可达性和逆命题。
2024-09-16 quant-ph
Ideal Quantum Communication over Noisy Channels: a Quantum Optical Implementation
我们考虑一个（未知）量子态通过光子在两个相距较远的原子之间的传输。基于量子光学现实模型，我们定义了一个噪声量子信道，它包括系统误差以及由于耦合到环境的错误。我们提出了一个协议，允许一个完成理想的传输，重复传输操作所需的次数。
1997-02-20 quant-ph
Binary optical communication in single-mode and entangled quantum noisy channels
本文研究了单模和纠缠量子噪声信道中的二元光通信。对于单模，我们提出了一个系统的比较直接光电探测和零差检测在现实条件下，即考虑到在传播和检测的信号过程中发生的噪声。然后，我们考虑纠缠信道的基础上的双光束状态的辐射，并表明，与现实的外差检测的错误概率在固定的信道能量相比，单模的情况下，量子效率和噪声参数的值的大范围内减少。
2003-10-06 quant-ph
Mutual information of optical communication in phase conjugating Gaussian channels
在所有实际的通信信道中，码字由高斯状态组成，并且测量策略通常是高斯检测器，例如零差或外差。在本文中，我们研究的通信性能使用相位共轭字母表和联合高斯检测在相位不敏感的放大信道。我们发现，一个通信方案组成的相位共轭字母表的相干状态和联合检测策略显着优于一个标准的相干状态的策略，基于个人检测。此外，我们表明，性能可以进一步提高，通过使用纠缠和性能是完全独立的相位不敏感放大信道的增益。
2018-12-29 quant-ph
Quantum stream cipher based on optical communications
2000年，H. P. Yuen基于量子通信理论发现了一种新的量子密码学。它适用于直接加密，例如基于Yuen协议（Y-00）的量子流密码，具有高速度和长距离，通过复杂的光学器件，可以工作在每个信号光脉冲的平均光子数：$<n> = 1000 \sim 10000$。此外，它可以提供信息理论的安全性，对已知/选择明文攻击，这是没有经典的模拟。也就是说，即使系统具有$H(K) << H(X)$，也可以提供安全通信。本文首先对阮氏学说的一般逻辑作了简要的回顾。然后，我们给出了具体的安全性分析的量子流密码对量子个体测量攻击。特别是通过对Lo-Ko已知明文攻击的分析，阐明了Y-00的特点。此外，我们给出了一个简单的实验结果的优势蒸馏方案组成的强度调制/直接检测光通信。
2004-07-08 quant-ph
Reconfigurable Optical Platform for One-way Quantum Communication Complexity
Sorbonne Université（索邦大学）；ENS-Université PSL（巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学）；Collège de France（法兰西公学院）
该研究提出基于多模光纤和波前整形的单向量子通信复杂度可重构光学平台，经实验和数值模拟验证其性能，为实现量子优势提供了可行硬件方案与路线图。
2026-07-30 quant-ph
Capacities of linear quantum optical systems
各种各样的通信信道使用量化的电磁场来传递信息。它们的通信能力关键取决于与信道的空间特性（例如衍射和天线设计）相关联的损耗。在这里，我们专注于通信通过一个有限的瞳孔，衍射被正式描述为一个记忆通道。通过利用这种等价性，我们然后计算的光学重聚焦系统的通信容量，建模为一个会聚透镜。即使损失的信息源于有限的瞳孔的镜头，我们表明，存在的重新聚焦系统可以大大提高通信能力。我们主要集中在经典信息的通信，扩展到量子信息是直接的。
2012-06-20 quant-ph
Quantum optical waveform conversion
目前提出的长距离量子通信架构依赖于通过光通信信道连接的量子处理器网络[1，2]。这种网络的关键资源是基于物质的量子系统与用于信息传输的量子光场的纠缠。这些材料系统的光相互作用带宽是光通信可用带宽的一小部分，并且量子光输出脉冲的时间形状通常不适合长距离传输。在这里，我们证明了量子光脉冲与光谱定制的经典场的非线性混合可以将量子脉冲压缩100倍以上，并灵活地重塑其时间波形，同时保留所有量子特性，包括纠缠。波形转换可以与量子光发射器的先驱阵列一起使用，以实现光通信的全数据速率的量子通信。
2010-10-11 quant-ph
Coherent Optical Communications Enhanced by Machine Intelligence
Tulane University（杜兰大学）
在不同的接收相干信号之间进行区分的不确定性对于许多自由空间光通信协议的操作是不可或缺的，并且当接收器测量弱信号时通常是困难的。在这里，我们设计了一种光通信方案，该方案使用平衡零差检测与无监督生成机器学习和卷积神经网络（CNN）系统相结合，并在一个现实的模拟相干正交相移键控（QPSK）通信系统中证明其有效性。此外，我们在发射机处对神经网络系统进行编程，使其自主学习校正与弱QPSK信号相关的噪声，该信号在实现通信之前与接收机的网络状态共享。我们发现，该计划显着降低了通信系统的整体错误概率，达到经典的最佳限制。这种通信设计易于构建、实现和扩展。我们预计，这些结果将允许显着增强当前的经典和量子相干光通信技术。
2019-09-06 cs.LG quant-ph
Quantum-Level Crosstalk Characterization of a 16x16 MEMS Optical Switch for Dynamic Quantum Communications
National and Kapodistrian University of Athens（雅典国立卡波迪斯特里安大学）
针对16×16 MEMS光开关用于多用户量子通信进行全对全量子级串扰特性分析，关联实验数据与诱骗态BB84协议理论影响分析。
2026-10-05 cs.CR quant-ph
Quantum Limits in Optical Communications
本教程回顾了Holevo容量限制作为一种通用工具，用于分析各种光通信场景中的最终传输速率，从传统的光放大光纤链路到具有功率受限光信号的自由空间通信。采用正则加性高斯白噪声模型描述光信号的传输。当在传播过程中获得的噪声的功率谱密度与每单位时间带宽区域的载波频率下的单个光子的能量相比很小时，Holevo极限基本上超过标准香农极限。一般的结果说明了在光子饥饿制度的有效的通信策略的讨论。
2020-02-13 physics.optics quant-ph
Polarization-independent single-photon switch based on a fiber-optical Sagnac interferometer for quantum communication networks
未来量子网络的一个重要组成部分是能够动态路由单光子的光开关。在这里，我们实现这样的开关，基于光纤Sagnac干涉仪设计。该路由是用一对放置在Sagnac环路内的快速电光电信相位调制器来实现的，使得每个调制器作用于单光子的正交偏振分量，以产生对若干应用至关重要的偏振无关能力。我们得到一个平均消光比大于19 dB的开关的两个输出之间。我们的实验完全采用商用现成组件，因此可以与当前的光通信系统直接兼容。
2020-09-04 physics.optics quant-ph
Transmission of optical communication signals through ring core fiber using perfect vortex beams
本文实验研究了完美涡旋光束和 Laguerre-Gaussian 光束在环芯光纤中的生成与传输特性，发现完美涡旋光束能减小环半径变化并耦合更高光功率，从而降低通信链路功率要求，为高维量子通信奠定基础。
2023-09-13 physics.optics quant-ph
LEO-to-ground optical communications using SOTA (Small Optical TrAnsponder) - Payload verification results and experiments on space quantum communications
长期以来，自由空间光通信一直有望使空间通讯发生革命性变化。空间终端在减小体积、质量和能量的同时提高比特率的好处长期以来吸引了许多研究人员的关注。在过去几年中，越来越多的技术演示由来自公共和私营部门的参与者进行。日本国家信息和通信技术研究所在这一领域有着长期的经验。SOTA（Small Optical TrAnsponder）是NICT的最后一次空间激光通信任务，旨在展示该技术应用于微型卫星的潜力。自2014年SOTA任务开始以来，NICT定期使用位于Koganei（东京）总部的光学地面站（OGS）建立通信，以接收SOTA信号，成功连接了100多个。SOTA任务的所有目标都得到了实现，包括使用两种不同波长和孔径的高达10 Mbit/s的下行链路，OGS信标的粗略和精细跟踪，机载相机图像的空间到地面传输，不同纠错码的实验，与其他国际OGS的互操作性以及量子通信实验。SOTA任务于2016年11月结束，比1年的设计寿命增加了一倍多。本文介绍了SOTA的特点和基本操作，以及最相关的技术演示。
2018-10-26 physics.ins-det physics.space-ph quant-ph
Optimum-Transmission Free-Space Optical Communications
RTX BBN；Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona（亚利桑那大学怀特光学学院）；NSF-ERC Center for Quantum Networks, The University of Arizona（亚利桑那大学美国国家科学基金会工程研究中心量子网络中心）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Maryland（马里兰大学电气与计算机工程系）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电子研究实验室）
利用普罗帕特球面谐波函数空间模式基底优化单空间模式通信传输性能，通过优化光束腰实现最佳传输效率。
2026-04-25 physics.optics quant-ph
Structured Optical Receivers for Efficient Deep-Space Communication
我们讨论了结构化光接收机的概念设计，可以减轻光子饥饿的光通信中的高峰均功率比的要求。其基本思想是发送适当调制的相干光脉冲序列，其能量可以通过光干涉集中在接收器侧的单个时间仓中。结构化接收器的可扩展架构的两个例子。第一种基于主动极化切换，将由二进制相移键控（BPSK）星座组成的Hadamard码字映射到标准脉冲位置调制（PPM）格式上。第二接收器，仅使用无源光学元件，将相干光脉冲的相位偏振图案转换成保持同步到达时间的单个脉冲。这样的转换使得能够实现与PPM方案等效的通信协议，但是如果符号间保护时间超过模式长度，则具有分布式光功率。
2017-11-04 eess.SP quant-ph
Deep-Space Optical Communication Receiver Based on Single Photon Coherent Beam Combination
Centre for Quantum Optical Technologies, Centre of New Technologies, University of Warsaw（华沙大学量子光学技术中心、新技术中心）；Faculty of Physics, University of Warsaw（华沙大学物理学院）
本文提出了一种基于单光子相干光束组合的深空光学通信接收机，通过相干组合多个小孔径提高信噪比，从而在大噪声环境下提升信息传输速率。
2025-12-05 physics.optics quant-ph
Approaching the ultimate capacity limit in deep-space optical communication
在功率约束下的光信道的信息容量最终受限于传输信号的量子性质。我们讨论目前可用的和新兴的光子技术，其组合可以从理论上证明，使近量子限制操作的噪声光通信链路中的光子饥饿制度，与信息速率线性缩放检测到的信号功率。关键成分是量子脉冲选通，以促进模式选择性，光子数分辨直接检测，和光子高效的高阶调制格式，如脉冲位置调制，频移键控，或二进制相移键控Hadamard字解码光学使用结构化接收器。
2019-02-10 physics.optics quant-ph
Photon-Inter-Correlation Optical Communication
现代技术的发展使人类的存在超出了地月空间，进入了其他行星，这就迫切需要大容量、长距离和行星际通信。以光子为载体的通信具有很高的信道容量，但深空光学衍射极限导致不可避免的巨大几何损耗，为现有光通信技术设置了难以逾越的传输距离。在这里，我们提出并实验证明了光子相互关联光通信（PICOC）对超高信道损耗。我们把光看作是一个光子流，从极弱的脉冲序列中全局地提取出内部相关和光子统计的附加信息。我们成功地设法建立高保真通信信道的损失高达160分贝，通过分离嵌入在噪声的10倍高的单光子信号。PICOC只使用商用望远镜，可以使用毫瓦激光建立从火星到地球的通信链路，使用几瓦激光建立从太阳系边缘到地球的通信链路。
2021-04-18 astro-ph.IM physics.optics quant-ph
PPM demodulation: On approaching fundamental limits of optical communications
本文研究了多进制光PPM（pulse-position modulation）波形的解调问题，提出了一种结构化接收机，其平均误码率小于所有已知接收机，接近量子极限。该接收机采用光电探测技术，结合相位相干光反馈控制和相敏参量放大器。我们提出了一个一般框架的光接收器被称为条件脉冲零接收器，并提出了新的结果的最终限制和可实现的区域的光谱与光子效率权衡的单空间模式纯损耗光通信信道。
2010-05-08 cs.IT math.IT quant-ph
Strong converse for the classical capacity of optical quantum communication channels
我们建立的经典容量的光学量子信道之间的急剧过渡制度-这是一个错误的制度，通信速率低于容量，和其他的概率正确解码的经典消息收敛到零，如果通信速率超过经典容量。这一结果是通过证明所有相位不敏感玻色高斯信道的经典容量的强逆定理而获得的，玻色高斯信道是光量子通信信道的一个完善模型，例如有耗光纤，放大器和自由空间通信。该定理在特定的光子数占据约束下成立，我们在本文中详细描述了这一点。我们的研究结果支持了对这些通道的经典容量的理解，并为应用开辟了道路，例如证明具有光链路的密码学的噪声量子存储模型的安全性。
2015-02-11 cs.IT math.IT quant-ph
Optical designs for realization of a set of schemes for quantum cryptography
在过去，已经提出并实验实现了几种量子密码方案。然而，即使随着量子技术的进步和对设计直接安全量子通信方案的兴趣的增加，这些加密方案的实验实现也不多。在本文中，我们已经提供了一套光学电路，这样的量子密码方案，这还没有通过修改我们的一些理论上提出的安全通信方案的实验实现。具体地，我们已经提出了用于实现基于两个单光子和一个纠缠态的受控量子对话方案的光学设计，并且随后减少了我们的光学设计以产生用于实现其他安全量子通信任务的更简单的设计，即，受控确定性安全量子通信、量子对话、量子安全直接通信、量子密钥协商和量子密钥分发。我们进一步提出了一种基于纠缠交换的确定性安全量子通信及其受控通信的光学设计。
2020-02-12 cs.CR physics.optics quant-ph
Suppression of Intensity Fluctuations in Free Space High-Speed Optical Communication Based on Spectral Encoding of a Partially Coherent Beam
提出了一种基于宽带脉冲激光辐射光谱编码的自由空间高速（Gbps）光通信系统的新概念。它示出，结合使用的部分相干激光束和一个相对较慢的光电传感器，可以抑制的数量级的距离超过10公里的反褶曲。我们还认为，从LED辐射的光谱编码作为一个千兆位速率的解决方案的“最后一英里”的问题和快速部署系统的灾难恢复。
2007-02-05 cond-mat.other physics.ao-ph physics.optics
