Entangling single atoms over 33 km telecom fibre
遥远的量子存储器之间的纠缠是量子网络的关键资源。基于量子中继协议，这些网络将促进高效的大规模量子通信和分布式量子计算。然而，尽管付出了巨大的努力，基于光纤的长距离网络链接尚未实现。在这里，我们提出的结果表明，两个独立的，远程单原子量子存储器之间的纠缠产生的光纤链路的总长度高达33公里。为了克服铷量子存储器最初发射的光子在长光纤中的衰减损耗，我们采用保偏量子频率转换到低损耗电信波段。所提出的工作是实现高效量子网络链路的里程碑。
2021-11-30 quant-ph
Many-body quantum dynamics of polarisation squeezing in optical fibre
我们报告了新的实验，测试量子动力学预测的偏振压缩的超短光子脉冲在双折射光纤，包括所有相关的耗散效应。这个指数复杂的多体问题是通过一个随机相空间方法来解决。的压缩计算和实验数据进行比较，从而产生良好的定量协议。从模拟中，我们确定了光纤中量子噪声降低的物理限制。这项研究是一个重要的实验测试的第一性原理时域量子动力学在一维相互作用玻色气体耦合到耗散水库。
2006-03-30 quant-ph
Provably Secure and Practical Quantum Key Distribution over 307 km of Optical Fibre
1984年提出的量子密钥分发（QKD）允许两个用户通过潜在不安全的量子信道交换可证明安全的密钥。自那时以来，量子密钥分配引起了人们的广泛关注，并在理论和实践上取得了重大进展。然而，在应用方面，实际的基于光纤的QKD系统的操作距离被限制在约150 km，这主要是由于由常用的半导体单光子探测器（SPD）产生的高背景噪声以及对最小经典后处理（CPP）块尺寸的严格要求。在这里，我们提出了一个紧凑和自主的QKD系统，能够在307公里的超低损耗光纤（51.9 dB损耗）上分发可证明安全的密钥。该系统是基于最近开发的标准半导体（InGaAs）的SPD记录低背景噪声和一种新的高效的有限密钥安全分析的量子密钥分发。这证明了基于标准光纤通信组件的实用长距离QKD的可行性。
2014-07-28 quant-ph
Distributed quantum computation via optical fibres
我们研究了在光纤耦合的远距离腔中的两个原子之间实现有效的量子门的可能性。我们表明，高度可靠的交换和纠缠门是可以实现的。我们确切地研究了这些门在耦合强度和相互作用时间存在缺陷时的稳定性，并证明了它们是鲁棒的。此外，我们分析了自发发射和损失的影响，并表明，这种门是非常有前途的，鉴于目前在光学腔中实现的高水平的相干控制。
2006-01-09 quant-ph
Phase stabilization of a coherent fibre network by single-photon counting
相干光纤网络对热噪声、机械噪声和声学噪声极为敏感，这就需要采用专门的辅助激光器、多路复用器和光电探测器的精密相位稳定方案。这在单光子水平上运行的量子网络中尤其苛刻。在这里，我们提出了一个简单的方法，相位稳定的基础上单光子计数，并将其应用到量子光纤网络实现单光子干涉的无损分束器和相干完美吸收的超材料吸收。作为一个原则的证明，我们展示了耗散单光子开关的可见性接近80%。这种方法可以在没有经典稳定装置的情况下用于更复杂的量子网络中，潜在地增加了量子信道的效率。
2019-11-01 quant-ph
Continuous entanglement distribution over a transnational 248 km fibre link
纠缠是许多量子应用的基础。其中技术上最成熟的是量子密钥分发，它利用纠缠光子的量子相关性来产生具有可证明不可破解安全性的密钥。在这方面的一个关键挑战是建立连续工作，可靠的长距离纠缠分布。然而，通过卫星的连接不允许无中断运行，到目前为止，部署的光纤实施因损耗、几个小时的工作时间或使用可信节点而被限制在100公里以内。在这里，我们展示了奥地利和斯洛伐克之间持续工作的国际链路，通过部署的248公里电信光纤直接分配偏振纠缠光子对。尽管有79 dB的损耗，我们在110小时的示例性操作时间内测量到9 s $^{-1}$的稳定配对率。我们减轻多对检测与严格的时间滤波，使非本地补偿的色散。全自动的主动偏振稳定使纠缠态的可见性保持在86%，总共82小时，以1.4比特/秒的速率产生403 kbit的量子安全密钥。我们的工作为长距离低维护、超稳定的量子通信铺平了道路，不受云覆盖和一天中的时间的影响，从而向量子互联网迈出了重要的一步。
2022-03-23 quant-ph
Measurement device independent quantum key distribution over 404 km optical fibre
量子密钥分发（QKD）可以在两个相距遥远的参与者之间提供无条件的安全通信。尽管QKD的意义无可争议，但由于现实生活中QKD系统的实际应用存在一定的局限性，其可行性一直受到质疑。人们普遍认为，缺乏完善的单光子源和探测损失的存在将通过产生安全漏洞和距离限制来阻碍QKD的可行性。采用诱骗态方法的测量设备无关量子密钥分发（MDIQKD）解决了单光子源不完善和探测丢失带来的安全威胁。如何利用这种优越的方法来延长量子密钥分配的距离，提高密钥分配的成功率，是量子密钥分配实际应用中的核心问题。在这里，我们报告的结果MDIQKD超过404公里的超低损耗光纤和311公里的标准光纤，采用优化的四强度诱饵状态的方法。这种MDIQKD方法的破纪录实现不仅为MDIQKD和所有类型的QKD系统提供了新的距离记录，更重要的是，它实现了传统BB84 QKD即使使用理想的单电话源也无法使用相同的检测设备实现的距离。我们的工作第一次证明，使用MDIQKD方法，不完美的设备可以实现比理想源更好的结果。这项工作是证明和开发可行的长距离QKD的重要一步。
2016-06-22 quant-ph
Quantum key distribution over 40 dB channel loss using superconducting single photon detectors
量子密钥分发（QKD）提供了一种基于量子力学定律的无条件安全的通信方式。目前，一个主要的挑战是实现具有40 dB信道损耗的QKD系统，如果我们要使用通信卫星实现全球规模的QKD网络，这是必需的。在这里，我们报告了第一个QKD实验，其中安全密钥分布在42 dB的信道损耗和200公里的光纤。我们采用了时钟频率为10 GHz的差分相移量子密钥分发（DPS-QKD）协议和基于NbN纳米线的超导单光子探测器（SSPD）。SSPD提供非常低的暗计数率（几Hz）和小的定时抖动（半高全宽60 ps）。这些特性使我们能够构建一个10 GHz时钟的QKD系统，从而在42 dB的信道损耗上分发安全密钥。此外，我们在105公里的光纤上实现了17 kbit/s的安全密钥速率，比以前的记录高出两个数量级，在200公里的光纤上实现了12.1 bit/s的安全密钥速率，这是迄今为止最长的地面QKD。在我们的实验中生成的密钥对于单个光子的一般集体攻击和多光子的特定集体攻击都是安全的，称为顺序无歧义状态鉴别（USD）攻击。
2007-06-04 quant-ph
Microstructured optical fibres for quantum applications: perspective
本文综述了微结构光纤在量子技术中的最新进展，指出实心和空芯光纤的光学非线性可用于量子资源态生成与频率转换，且空芯光纤凭借低损耗、低延迟和低色散在量子网络链路及原子实验中具有巨大潜力。
2024-05-18 physics.optics quant-ph
Quantization of the Dirac Fibre: a New Way in the Particle Physics
本文用量子场论分析了紫外发散问题。人们发现它与宇宙学奇点问题有着共同的根源。在纤维束的上下文中，第二种量化方法被表示为矢量束横截面的量化过程。它被证明是一种完全不同的量子化方式，称为纤维量子化，这导致了一种关于非标准动力学系统，即相对论性be-Hamilton系统存在的想法。它发生在超小距离上，并且可以用非么正量子方案的数学装置很好地描述，该方案使用非厄米形式的对偶拓扑向量空间对。本文证明了在非常高密度的物质中，空间和物质结构发生根本变化的定理：相变"拉格朗日场系统（基本粒子）$\to$相对论性双哈密顿系统（费曼部分子）“和”连续$\to$不连续“。在所提出的理论框架内的所有必要计算都发表在俄罗斯期刊上。本文的目的是用推理和概念来代替计算。本文首先系统地阐述了该理论的基本原理。
1998-08-25 quant-ph
Increasing the link-distance of free-space quantum coherent communication with large area detectors
报道了一种用于自由空间量子相干通信的大面积光电二极管零差探测器。从探测带宽和电子噪声两个方面研究了该探测器在散粒噪声受限量子信号探测中的性能。与典型的基于光纤的自由空间零差检测器相比，使用大面积光电二极管增加了来自湍流大气信道的信号收集效率。在相同的大气湍流和接收器孔径条件下，我们的零差检测器基于1mm直径的光电二极管经历0 dB的损失，由于湍流，而10 μ m的光纤为基础的检测器经历13.5dB的信号损失超过700公里的自由空间链路，在90度仰角。
2020-11-07 quant-ph
Long-distance quantum key distribution in optical fiber
使用低噪声检测器既可以提高长距离量子密钥分发（QKD）的秘密比特率，又可以显著地延长安全密钥可以在其上分发的光纤链路的长度。先前的工作已经证明了在传输超过50 km的QKD系统中使用超低噪声过渡边缘传感器（TES）。在这项工作中，我们证明了潜在的TES成功地产生错误校正，隐私放大的密钥超过148.7公里的暗光纤在平均光子数μ = 0.1，或184.6公里的暗光纤在平均光子数为0.5。我们还交换了超过67.5公里的密钥，可以抵御强大的光子数分裂攻击。
2006-07-25 quant-ph
Phase noise characterisation of a 2-km Hollow-Core Nested Antiresonant Nodeless Fibre for Twin-Field Quantum Key Distribution
University of York（约克大学）；University of Bristol（布里斯托大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
本研究分析了2公里空芯光纤在双场QKD协议中的相位噪声特性，证明其适用于长距离量子密钥分发。
2025-12-04 quant-ph
High-fidelity, low-latency polarization quantum state transmissions over a hollow-core conjoined-tube fibre at around 800 nm
基于光纤的量子信息系统的性能受到石英玻璃材料的固有特性的限制，例如高延迟、瑞利散射损耗波长标度律和交叉耦合诱导的模式杂质。空芯光纤（HCF）有望统一空气传播和非视线传输，从而在光子学量子信息的多方面应用中具有巨大的潜力。基于光子带隙引导的HCF的早期版本还没有证明其本身是可靠的量子信道，因为在空间域和偏振域中的模式纯度都很差，以及当波长移动到可见光区域时在制造上的显著困难。在这项工作中，基于偏振自由度，我们首先，尽我们所知，证明高保真（~0.98）的单光子传输和分布的纠缠光子在一个连接管空芯光纤（CTF）通过使用商业硅单光子雪崩光电二极管。我们的CTF实现了低损耗、高空间模式纯度、低偏振退化和低色散的综合优点。我们还展示了单光子低延迟（真空中光速的~99.96%）传输，从而为HCF链路在基于偏振的量子信息处理中的广泛应用铺平了道路。
2020-06-23 physics.optics quant-ph
Efficient Photon Coupling from a Diamond Nitrogen Vacancy Centre by Integration with Silica Fibre
量子信息科学的中心目标是有效地将光子与单个光学模式接口，用于量子网络和分布式量子计算。在这里，我们介绍并实验证明了一种紧凑而有效的方法，用于固态量子位，金刚石中的氮空位（NV）中心与单模光纤的低损耗耦合。在这种方法中，单模锥形金刚石波导包含一个高品质的NV存储器被选择和集成在锥形石英光纤。绝热耦合器的数值优化表明，近单位效率的光子传输是可能的两个模式之间。实验上，我们发现总体收集效率在18- 40%之间，并观察到原始单光子计数率高于700 kHz。这种集成系统能够实现单模光纤与固体中的单光子发射器和量子存储器的鲁棒、无干扰和有效的接口。
2015-02-27 physics.optics quant-ph
Quantum Key Distribution using Deterministic Single-Photon Sources over a Field-Installed Fibre Link
本文在哥本哈根18公里暗光纤上，利用频率转换至电信波段的量子点确定性单光子源实现偏振编码BB84量子密钥分发，在9.6 dB损耗下获得超过2 kbits/s的密钥率并稳定运行24小时以上，证明了该技术走向实际量子网络的成熟度。
2023-04-12 quant-ph
Squeezed- and coherent-state quantum key distribution over a deployed hybrid fibre-free-space channel
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Palacky University（帕拉茨基大学）；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）
该研究在620米自由空间+2公里光纤的混合信道上实现了压缩态与相干态CV-QKD，通过统一自适应后处理框架恢复19%额外密钥，为异构量子网络提供了新途径。
2026-08-25 quant-ph
All-fibre multiplexed source of high-purity heralded single photons
基于自发光子对产生的单光子源使量子光学的开创性实验成为可能。然而，它们的非确定性是扩大光子和混合量子增强技术的瓶颈。此外，光子对通常被发射到许多相关的频率模式中，从而在预示时产生不期望的混合状态。在这里，我们提出了一个完整的光纤集成预示着单光子源，同时解决这两个困难。我们使用主动开关提供了一个路径，确定性操作多路复用单独的自发源，和色散工程，以尽量减少高纯度的单光子产生的频率相关性。所有的基本元素--具有色散控制、波长隔离、光学延迟和快速开关的非线性材料--都被集成在一个低损耗的无损耗封装中，这预示着电信单模光纤中的光子。我们的研究结果表明，一个可扩展的方法，提供纯单光子直接进入导波光子器件。
2016-03-20 physics.optics quant-ph
An optical-fibre-integrated buffer for packet-switched quantum networks
Linköpings Universitet（林雪平大学）；RISE-Research Institutes of Sweden（瑞研所）；Universidad de Concepción（康塞普西翁大学）；Millennium Institute for Research in Optics（光学研究千年研究所）
该研究展示了一种光纤集成分组级量子网络缓冲器，基于超低损耗掺铒光纤相位调制器，实现最长47μs的量子比特有效载荷稳定存储，可集成到现有电信基础设施中，为量子互联网部署提供实用方案。
2026-08-06 physics.optics quant-ph
Emulation of satellite up-link quantum communication with entangled photons
该研究通过超亮远非简并纠缠光子源，在模拟高损耗卫星上行链路场景中实现量子密钥分发，验证了低轨接收卫星任务的可行性。
2025-02-05 quant-ph
Supporting quantum technologies with an ultra-low loss silicon photonics platform
本文综述超低损耗硅光子平台在传输、耦合、超导集成及多功能器件方面的升级进展，并展示其在高密钥率QKD和光纤互连低温量子计算中的应用价值。
2023-02-15 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Exponential speedup of polarization stabilization for long distance DWDM quantum networks
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Technology Innovation Institute（技术创新研究所）；Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学）
本研究提出结合波长 bracketed 探测与开关路径分解的方法，在133公里光纤测试台实现无经典参考光的24小时以上连续偏振稳定，为长距离DWDM量子网络提供可扩展的稳定策略。
2026-09-03 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Aspheric lens design proposal for near-perfect mode-matching of a broadband quantum dot micropillar to a single-mode fibre
针对量子点微柱单光子源输出模式数值孔径大导致耦合效率低的问题，提出添加非球面SiO2微透镜，将单模光纤模式匹配损耗从83.1%降至<0.1%，实现96.4%端到端效率，推动可扩展光子量子技术。
2025-08-08 physics.optics quant-ph
Quantum-secured data transmission in urban fibre-optic communication lines
量子密钥分发（QKD）是基于量子物理定律的通信安全技术。在这项工作中，我们报告了在俄罗斯联邦储蓄银行的基础设施在莫斯科的标准通信线路的量子安全数据传输的实施。该实验是在已经部署的具有显著损耗的城市光纤通信信道的基础上实现的。我们使用极化编码产生密钥的单向方案实现了诱饵态BB84 QKD协议。然后，量子生成的密钥用于硬件设备中的连续密钥更新，以在Sberbank的两个办公室之间建立量子安全的VPN隧道。所使用的混合方法为长期保护传输的数据提供了可能性;它有望融入现有的信息安全基础设施。
2018-06-03 cs.CR quant-ph
Highly Efficient Coupling of Nanolight Emitters to a Ultra-wide Tunable Nanofibre Cavity
固态微腔结合了超小模体积、宽范围谐振频率调谐以及与单模光纤的无损耦合，是纳米光子学和量子网络的不可或缺的工具。我们开发了一个集成系统，提供所有这三个不可或缺的属性。它由一个纳米光纤布拉格腔（NFBC）组成，模式体积小于1微立方米，在可见光波长下可重复调谐能力超过20 nm。为了证明量子光-物质相互作用，我们建立了量子点与我们的可调谐NFBC的耦合，并实现了2.7倍的发射增强。
2015-04-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
