Quantum teleportation and entanglement swapping of matter qubits with coherent multiphoton states
提出了概率纠缠辅助量子隐形传态和物质量子比特纠缠交换的协议。它们是基于一个协议的后选择贝尔状态的投影，这是能够投影到贝尔状态的辅助相干多光子态和后选择平衡零差光电探测的帮助下，两个材料量子比特。在光子后选择成功的前提下，我们探讨了以$25\%$成功概率实现单位保真度量子隐形传态和纠缠交换的理论可能性.这种光子辅助贝尔投影是通过将两个材料量子比特几乎共振地耦合到两个单独腔中的辐射场的单模中，并通过测量平衡零差检测场景中出现的场态来产生的。由于这些量子协议需要相干多光子态和平衡零差光电探测的量子态工程的基本工具，它们可能提供有趣的前景，特别是当前的量子光学应用在量子信息处理。
2014-07-03 quant-ph
On-chip, photon-number-resolving, telecom-band detectors for scalable photonic information processing
集成是目前实现可扩展光子量子处理设备的唯一可行途径，这些设备足够复杂，可以真正用于计算，计量和模拟。嵌入式片上检测对此类设备至关重要。我们展示了一个集成的光子数分辨检测器，在电信频段在1550 nm，采用渐逝耦合设计，使其能够放置在任意位置内的平面电路。在引导光学模式中，通过从倏逝场吸收到钨过渡边缘传感器中来分辨多达5个光子。检测效率为7.2 \pm 0.5%。实验还证明了该探测器的偏振灵敏度。设备设计的详细建模显示了达到高检测效率的明确可行的路线。
2011-07-27 physics.optics quant-ph
High quantum-efficiency photon-number-resolving detector for photonic on-chip information processing
集成光路是实现复杂量子光态和信息网络的一种很有前途的结构。这些应用中的许多应用所需的一个元件是能够区分光子数的高效光子检测器。我们提出了一个集成的光子系统，在电信波段在1550 nm的基础上紫外写入硅基二氧化硅波导和修改过渡边缘传感器能够数分辨率和超过40%的效率。利用这些器件的模式传输故障，我们将三个检测器串联复用，以证明单次通过的组合检测效率为79% +/- 2%，在片上终端反射光栅的工作波长下为88% +/- 3%。此外，我们的光学测量清楚地表明，由于散射或反射，该系统中没有明显的不明原因的损失。因此，这种波导和探测器设计允许在光子电路内的任意位置放置具有可预测效率的数分辨单光子探测器-这一能力为许多量子光学应用提供了巨大的潜力。
2013-05-28 physics.optics quant-ph
Photon-number-resolving segmented detectors based on single-photon avalanche-photodiodes
我们调查的可行性和性能的光子数分辨光电探测采用单光子雪崩光电二极管（SPAD）与低暗计数。虽然将$n$光子分裂成每个模式不超过一个光子的$m$检测模式的主要思想并不新颖，但我们在这里研究这种情况的一个重要变体，其中SPAD侧耦合到同一波导而不是终端耦合到传播树。这防止了非理想SPAD量子效率导致光子损失。我们提出了一个具体的SPAD分段波导探测器的垂直定向耦合器设计的基础上，并通过评估的SPAD数$m$，光子损失，和暗计数的正算子值测量（POVM）的纯度来表征其性能。
2020-01-17 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Remotely projecting states of photonic temporal modes
双光子时频纠缠是量子信息中的一种宝贵资源。然而，解决超短脉冲单光子的波包是一个挑战。在这里，我们展示了远程单光子态的光谱整形和探测的相干性的双光子量子相关性在时间-频率域中，使用工程参数下转换（PDC）和量子脉冲门（QPG）在非线性波导。通过定制我们的PDC源的联合谱振幅函数，我们控制所产生的光子对之间的时间模式结构，并显示远程状态投影在一个范围内的时间-频率模式叠加。
2020-04-22 quant-ph
Direct observation of the degree of quantum correlations using photon-number resolving detectors
光学参量下转换是产生非经典相关光子态的一种常用光源。利用参量下转换光源和光子数分辨探测器，我们测量了多达10个光子的双模光子数分布。通过改变预示的收集效率，我们控制两种模式之间的相关性水平。尽管探测器的缺陷，如低检测效率和其他扭曲的影响，光子数相关性的明确证据。两个标准，直接来自原始数据，被证明是很好的措施的相关程度。此外，使用拟合技术，我们发现测量的光子数分布和重建的原始双模状态的相关程度之间的连接。这些观测只有在探测到高光子数事件的情况下才有可能。
2012-10-02 quant-ph
Single-Shot Fidelity Reveals Hard and Soft Limits: A Universal Yardstick for Photon-Number-Resolving Detectors
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（先进产业科学技术研究所）
该研究提出通用单次射击保真度度量，可直接量化单次测量中正确识别光子数的概率，能区分光子损失与误识别，实现不同架构光子数分辨探测器的定量比较，为光子量子计算相关探测器评估提供统一基准。
2026-09-03 physics.optics quant-ph
A Cryogenic Hybrid Photonic/CMOS Controller Architecture for Scalable Superconducting Qubit Control
Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
提出一种4K混合光子/CMOS控制架构，通过光纤分发共享脉冲模板，结合低温CMOS电路实现本地编程，降低功耗并支持单/双量子门生成，为可扩展超导量子比特控制提供可行方案。
2026-09-03 quant-ph
High-efficiency and fast photon-number resolving parallel superconducting nanowire single-photon detector
本文提出一种无串扰、无闩锁的并联超导纳米线单光子探测器，实现92.5%系统效率，并通过建模重建相干光源光子数统计，为单探测器表征多种光源奠定基础。
2022-07-29 quant-ph
Certification of the genuine resolution of photon number resolving detectors
University of Geneva（日内瓦大学）；Constructor University（Constructor 大学）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）
提出一种基于相干态探针的可扩展协议，用于认证光子数分辨探测器的真正分辨能力，并在28像素超导纳米线单光子探测器上认证了四结果分辨。
2026-06-15 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Engineering Schrödinger cat states with a photonic even-parity detector
当两个相等的光子数态在平衡分束器上组合时，分束器的两个输出端口仅包含偶数个光子。考虑这种干涉现象的时间反演：在分束器的输出端口处的一对光子数分辨检测器都检测到相同数量的光子的概率取决于分束器的输入状态和仅包含偶数光子数的状态之间的重叠。在这里，我们建议使用这种偶宇称检测工程量子态只包含偶数光子数项。作为一个例子，我们证明了制备两个相干态的叠加具有相反的振幅，即两个组件薛定谔猫态的能力。我们的方案可以以近乎完美的保真度制备任意大小的猫态。此外，我们研究工程更复杂的偶宇称状态，如四分量猫状态迭代应用我们的偶宇称检测器。
2020-02-27 quant-ph
Ultimate quantum sensitivity in the estimation of the delay between two interfering photons through frequency-resolving sampling
该研究提出用频率分辨采样测量双光子分束器干涉，可在时间带宽小于延迟且无需调节参考路径或超高分辨时间探测器的条件下，达到量子极限并随带宽二次方提升的时延估计灵敏度。
2023-04-18 physics.optics quant-ph
Generation of photonic non-Gaussian states by measuring multimode Gaussian states
我们提出了一个详细的分析框架，用于研究多模非高斯状态，有条件地产生时，多模高斯状态的几个模式受到光子数分辨探测器。从输出态的维格纳函数出发，我们推导出有限个Fock叠加非高斯态的高斯门分解。该框架提供了一种方法来找到最佳的策略，以产生一个给定的目标非高斯状态。我们探索的例子，如猫态，弱立方相位状态，玻色码态的产生，并实现了成功概率的改善，比其他计划。我们的框架也适用于测量的高斯态是混合的情况下，这是非常重要的实验缺陷，如光子损失的分析。该框架对生成玻色子纠错码和使用资源状态实现非高斯门以及其他需要非高斯性的应用具有潜在的深远影响
2019-04-19 quant-ph
Resolving Photon Numbers Using Ultra-High-Resolution Timing of a Single Low-Jitter Superconducting Nanowire Detector
本文通过对常规超导纳米线单光子探测器产生的电脉冲进行超高分辨率时间标记，实现了光子数分辨能力，该方法兼具高探测效率与高重复率，并在电信C波段通过相干光统计及非经典态相关性验证了其有效性。
2023-10-19 physics.ins-det quant-ph
Proposed Experiment in Two-Qubit Linear Optical Photonic Gates for Maximal Success Rates
在这里，我们提出了一个实验，在线性光学量子计算（LOQC）使用的框架首先开发的Knill，Laflamme和Milburn。这个实验将测试作者以前的想法不完善LOQC门使用数字分辨光子探测器的工作。我们提出了一个相对简单的物理装置，能够生产CZ门的可控保真度小于1和成功率高于目前的理论最大值（S=2/27）的完美保真度。这些实验装置在许多实验小组的范围内，将为光子量子计算提供一个有趣的实验。
2012-01-27 physics.optics quant-ph
Conversion of Gaussian states to non-Gaussian states using photon-number-resolving detectors
高保真光子非高斯态的产生是使用连续变量平台的通用量子计算的关键组成部分，但有效地做到这一点仍然是一个挑战。我们提出了一个通用的框架，通过测量几个模式的多模高斯态通过光子数分辨探测器的概率生产多模非高斯态。我们使用高斯元素组成的压缩位移真空状态和干涉仪，唯一的非高斯元素组成的光子数分辨探测器。我们推导出输出Wigner函数的解析表达式，以及高斯态和光子探测模式的平均值和协方差矩阵中产生状态的概率。我们发现，输出状态可以被写为一个Fock基叠加态，其次是一个高斯门，我们推导出这些参数的显式表达式。这些解析表达式准确地显示了这种概率方案可以产生什么样的非高斯态。此外，它提供了一种方法来搜索高斯电路和测量模式，以产生具有最佳保真度和成功概率的目标非高斯状态。我们提出了具体的例子，如生成猫状态，ON状态，Gottesman-Kitaev-Preskill状态，NOON状态和玻色码状态。所提出的框架具有潜在的深远影响的生成玻色子纠错码，需要非高斯状态，资源状态的实现所需的通用量子计算的非高斯门，以及其他应用程序需要非高斯性。这里开发的工具也可以证明对非高斯的量子资源理论有用。
2019-04-19 quant-ph
Photonic two-qubit parity gate with tiny cross-Kerr nonlinearity
交叉克尔非线性（XKNL）效应可以诱导有效的光子相互作用，原则上，光子多量子比特门可以使用比线性光学方案少得多的物理资源来实现。不幸的是，产生巨大的交叉克尔非线性是非常具有挑战性的。近年来，已经做出了很多努力来通过弱XKNL实现多量子比特门。然而，所需的非线性强度仍然难以在实验中实现。我们在这里提出了一个基于XKNL的方案，用于实现双光子偏振奇偶校验门，一个通用的两量子比特门，其中所需的非线性强度可以比以前的方案所需的强度弱几个数量级。该方案利用一个环形腔作为量子信息总线，与两个偏振光子（量子比特）的路径模相互作用。XKNL效应使得总线拾取取决于路径模式的光子数的相移。即使当潜在的相移是非常小的，他们可以有效地测量使用光子数分辨探测器，这说明了这样一个事实，即我们的计划可以工作在微小的XKNL制度。测量结果揭示了两个极化量子比特的奇偶性（偶奇偶性或奇奇偶性）。
2012-05-30 quant-ph
High-Performance Photon Number Resolving Detectors for 850-950 nm wavelengths
本文针对850-950纳米波段量子光学应用对光子数分辨的需求，演示了基于NbTiN的SNSPD，系统探测效率超过94%，可分辨多达7个光子，并指出通过改进读出电路信噪比和带宽可进一步提升性能。
2024-01-14 quant-ph
Efficient qudit based scheme for photonic quantum computing
由于集成光子技术的最新进展，线性光学是实现量子计算协议的一种有前途的选择。在这种情况下，通常考虑基于量子比特的量子线路，然而，光子系统自然也允许d进制，即，基于量子点的算法本文研究了由单光子在d > 2光模中可能的光子数态定义的量子数。我们演示了如何使用线性光学和光子数分辨探测器构建局部最优的非确定性多量子比特门，并探讨了在d元优化问题的背景下使用量子比特簇状态。我们发现量子比特团簇态需要更少的光学模式，并且与具有类似计算能力的量子比特团簇态相比，量子比特团簇态由更少数量的纠缠光子编码。我们说明了我们的量子计划的好处，将其应用到k-着色问题。
2023-02-14 physics.optics quant-ph
The trainability of photonic quantum circuits
ORCA Computing（ORCA 计算公司）；Imperial College London（伦敦帝国学院）；University of Oxford（牛津大学）
研究光子量子电路可训练性，引入基于样本方差与电路方差之比的框架，应用于光子数可观测量，识别可训练与不可训练区域，发现不同多项式所需样本数量规律，还找到量子估计能加速的可观测量类别，确立光子变分量子计算为有前途平台。
2026-07-24 quant-ph
Suppressing photon detection errors in nondeterministic state preparation
针对光子量子计算中粒子数分辨探测器（PNRDs）实验实现难且有偏置的问题，本研究通过调整非确定性门对应干涉仪的分束器、移相器角度抑制探测误差，并设计优化方法确定角度，可在控门成功概率的同时提升输出态保真度。
2024-07-10 quant-ph
Deep reinforcement learning for near-deterministic preparation of cubic- and quartic-phase gates in photonic quantum computing
Department of Physics, University of Virginia（弗吉尼亚大学物理系）；Charles L. Brown Department of Electrical and Computer Engineering, University of Virginia（弗吉尼亚大学查尔斯·L·布朗电气与计算机工程系）
本文利用深度强化学习训练神经网络，以高成功率制备连续变量量子计算中的立方相态，无需非高斯资源，同时直接生成四次相门。
2025-06-10 cs.LG quant-ph
Photon catalysis for general multimode multi-photon quantum state preparation
Sorbonne Université（索邦大学）；Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, CNRS, ENS-Université PSL, Collège de France（卡斯特尔-布罗塞尔实验室，索邦大学，法国国家科学研究中心，巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学，法兰西公学院）
本文提出了一种基于光子催化机制，利用多端口干涉仪等设备实现任意多模式多光子态的精确制备，并验证了其在不同态类上的100%保真度。
2026-02-20 quant-ph
Divide-and-Conquer: An integrated photon-counting scheme
利用光的量子特性的关键要求是检测和计数单个光子的能力。特别令人感兴趣的是光子数分辨探测器，它允许人们确定光的状态是经典的还是真正的量子。解决这一挑战的现有方案依赖于光子到电子的成比例转换。因此，它们能够正确地表征小的光子通量，但受到转换率不确定性的限制。在这项工作中，我们采用了分而治之的方法来克服这些限制，将入射场转换成均匀的分布，很容易借给自己的表征标准的开关检测器。由于光流的精确统计数据是从点击统计数据中获得的，因此我们的技术可以自由扩展，原则上可以容纳任意大的光子通量。我们的实验为先进的片上光子量子网络的真正集成光子数分辨探测器铺平了道路。
2015-02-17 quant-ph
Photon Number-Resolving Quantum Reservoir Computing
提出一种基于固定光学网络和光子数分辨探测的光子量子储备池计算方法，在降低输入态复杂度的同时访问高维Hilbert空间，可用现有技术实现并降低量子机器学习门槛。
2025-04-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Resolving photon numbers using a superconducting tapered nanowire detector
时间和数量分辨光子探测是光子量子信息处理的关键。现有的光子数分辨（PNR）探测器通常具有有限的定时和暗计数性能，或者需要复杂的制造和操作。在这里，我们展示了一个PNR检测器在电信波长的基础上，一个单一的超导纳米线与集成阻抗匹配锥。原型设备能够分辨多达五个吸收的光子，并且具有16.1 ps的定时抖动，<2 c.p.s.。器件暗计数率，$\sim$ 86 ns复位时间，以及1550 nm处5.6%的系统检测效率（无腔）。单光子和双光子响应之间的特殊区别是符合计数的理想选择，并使我们能够直接观察到从Hong-Ou-Mandel干涉仪的单个输出端口的光子对的聚束。这种探测器结构可以提供一个实用的解决方案，需要高的时间分辨率和少光子歧视的应用。
2019-11-21 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Production of photonic universal quantum gates enhanced by machine learning
我们介绍光子架构的通用量子计算。第一步是产生一个资源状态，它是前四个Fock状态的叠加，概率为$\geq 10^{-2}$，比标准顺序光子减法技术增加了$10^4$倍。资源态是由一个量子装置以近乎完美的保真度产生的，该装置使用位移压缩真空态、干涉仪和光子数分辨探测器。这个小工具的参数是使用变分电路的机器学习算法训练的。我们详细讨论了从数值实验中得到的非高斯态制备的各个方面。然后，我们提出了一个资源农场的概念，这些小工具被并行堆叠，以进一步增加成功的概率。我们发现农场的成功概率，容错性和小工具的数量之间的权衡。利用传统门隐形传态技术中的资源态，我们可以实现弱可调立方相位门。已经开发的数值工具也可能对光子学的其他应用有用。
2019-09-05 physics.optics quant-ph
Squeezing-enhanced Pairwise Fusion of Photonic Qudits
Institute of Physics, Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）
通过在线性光学融合门中引入单模压缩器，回收部分失败测量结果，提高了对d-轨单光子量子比特的贝尔投影成功概率，并推导了精确的POVM表达式。
2026-06-28 quant-ph
Boosting Linear-Optical Bell Measurement Success Probability with Pre-Detection Squeezing and Imperfect Photon-Number-Resolving Detectors
在两个单光子量子比特上线性光学实现贝尔态测量（BSM）的成功概率为$p_s$不高于$0.5$。然而，检测前正交压缩，即，在通常的线性光学BSM电路中，量子噪声受限的相敏放大可以产生${p_s \approx 0.643}$。已经发现实现$p_s > 0.5$的能力在线性光量子计算和全光子量子中继器的资源有效实现中是关键的。然而，不知道$p_s > 0.5$的上述值是使用挤压可实现的最大值，从而使得使用挤压作为资源是否可以实现接近$100\%$的有效BSM是开放的。在本文中，我们报告了新的见解，为什么挤压增强BSM实现$p_s > 0.5$。利用这一点，我们表明，以前报道的${p_s \approx 0.643}$在单模压缩强度$r=0.6585$--明确的状态歧视（USD）的所有四个贝尔状态--是一个实验上无法实现的点的结果，它下降到$p_s \approx 0.59$与$r$的最轻微的变化。然而，我们表明，挤压诱导的$p_s$与USD操作的提升仍然是可能的，在一个连续的范围内的$r$，与实验上可实现的最大值发生在$r=0.5774$，实现${p_s \approx 0.596}$。最后，偏离USD操作，我们探索了$p_s$，BSM电路宣布"成功"的概率，与错误的概率$p_e$，输入贝尔状态被错误地识别给定的电路宣布成功的概率之间的交易空间。由于量子纠错可以校正一些$p_e > 0…
2018-11-28 quant-ph
Unveiling photon statistics with a 100-pixel photon-number-resolving detector
单光子探测器在量子信息科学和量子传感中无处不在。它们是众多科学发现和量子光学基础测试的关键技术。光子数旋转探测器是光的最终测量工具。然而，迄今为止，很少有探测器可以提供高保真的光子数分辨率在几个光子的水平。在这里，我们展示了一个芯片上的检测器，可以解决多达100个光子的时空多路复用的超导纳米线阵列沿单个波导。无与伦比的光子数分辨率与高速响应相结合，使我们能够首次揭示真正的热光源的量子光子统计，这是通过直接测量高阶关联函数g^（N）（N高达15），观察光子减法诱导的光子数增强，以及对相干光源的量子限制态鉴别来实现的。我们的探测器为各种重要的应用提供了一条可行的路线，包括光子量子计算和量子精密测量。
2022-06-28 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Improving the loss threshold for quantum advantage in photonic sensors by complete photon counting
University of Oxford（牛津大学）；Imperial College London（伦敦帝国学院）；National Research Council of Canada（加拿大国家研究委员会）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；Universitat Politecnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）
利用非线性干涉仪和光子数分辨探测，实验证明在约25%内部和45%外部损耗下无条件超越散粒噪声极限2.37 dB，实现44%的估计精度提升。
2026-07-01 quant-ph
A manufacturable platform for photonic quantum computing
提出一种可制造的光子量子计算平台，通过单片集成硅光子学模块实现高保真度的光子量子比特生成、操控与检测，并预览了多项下一代光子技术。
2024-04-26 physics.app-ph physics.optics quant-ph
