Scalable feedback control of single photon sources for photonic quantum technologies
大规模量子技术需要对许多单独的量子系统进行精确控制。通常，这样的系统对环境波动非常敏感，并且通过测量来诊断错误会导致不可避免的扰动。在这项工作中，我们提出了一种在原位频率锁定技术，监测和校正的频率变化的单光子源的基础上，微谐振器。通过使用光子产生所需的相同的经典激光场作为探针来诊断谐振器频率的变化，我们的协议应用反馈控制来校正光子频率误差，同时进行光量子计算，而不会干扰物理量子比特。我们在硅光子器件上实现了我们的技术，并在施加环境噪声的情况下证明了低于1 pm的频率稳定性，对应于<1%的光子线宽的分数频率漂移。利用这些方法，我们演示了反馈控制的量子态工程。通过在单个芯片或芯片网络上分布单个本地振荡器，我们的方法可以实现大规模光子量子技术中许多单光子源的频率锁定。
2018-11-15 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
Reliable quantum certification for photonic quantum technologies
大规模光子量子技术的一个主要障碍是缺乏实用可靠的认证工具。我们介绍了一个实验友好的-但数学上严格的-认证测试的实验准备任意m-模式纯高斯状态，纯非高斯状态产生的线性光学电路与n-玻色子Fock基状态作为输入，这两个类的状态随后后选择与本地测量辅助模式。该协议是有效的m和逆后选择成功概率为所有高斯状态和所有提到的非高斯状态与常数n。我们遵循一个不受信任的证明者的心态，他准备状态，和一个怀疑的验证者，只有经典的计算和单模零差检测能力。没有对噪声类型或校准器的能力进行假设。我们的技术利用了一个基于极值的保真度界，其估计依赖于非高斯状态抵消器，这是我们作为副产品结果引入的。多模光子网络的认证，如用于光子量子模拟、玻色子采样器和量子精密测量的网络，现在已经触手可及。
2015-01-09 quant-ph
Nanophotonic approaches for integrated quantum photonics
用于量子技术的光子很早就被确定为携带通过偏振编码、时间编码或空间编码编码在其上编码的量子信息的非常好的候选者。量子密码学、量子通信、一般的量子网络和量子计算是现在所谓的量子光子学所针对的一些应用。尽管如此，在早期阶段就很清楚，用于处理光子的光的量子态的体光学将无法提供这些技术所需的东西。最近，单光子，纠缠光子和量子光学一般已经耦合到来自经典光学的更集成的方法，以满足量子技术的可扩展性，可靠性和效率的要求。在这篇文章中，我们开发了我们最近的进展，在两个不同的纳米光子平台的量子光子学使用细长的光纤和集成的玻璃波导制成的所谓的离子交换技术。我们还介绍了我们计划耦合并与我们的光子学平台相结合的量子纳米发射器的最新结果。这些纳米发射器有两种：由钙钛矿制成的纳米晶体以及纳米金刚石中的硅空位缺陷中心。在这项工作中，他们的一些属性。然后，我们将给出必要的一般步骤，以便在不久的将来将这些纳米发射器有效地与我们的平台耦合。
2019-09-23 physics.optics quant-ph
Electro-optic routing of photons from single quantum dots in photonic integrated circuits
固态光子量子技术的最新突破使得能够以一系列光子量子技术所需的接近1的效率生成和检测单光子。然而，缺乏在同一芯片内同时产生和控制光子的方法，已经形成了实现高效多量子比特门和利用芯片级量子光子学优势的主要障碍。在这里，我们提出并证明了一个集成的电压控制移相器的基础上的电光效应，在悬浮光子波导嵌入量子发射器。相位控制允许构建具有两个正交臂的紧凑型马赫-曾德尔干涉仪，利用砷化镓中的各向异性电光响应。由单个自组装量子点发射的光子可以主动路由到干涉仪的两个输出端。这些结果，连同观察到的亚微秒响应时间，构成了芯片级单光子源解复用，光纤环玻色子采样，线性光学量子计算的重要一步。
2017-07-20 physics.optics quant-ph
Quantum violation of local causality in urban network with hybrid photonic technologies
Sapienza Università di Roma（罗马大学）；Johannes Kepler University（约翰内斯·开普勒大学）
本研究利用混合光子技术，在城市网络中实现双局部性场景，通过违反非线性贝尔不等式，展示量子纠缠的非局域性。
2021-09-14 quant-ph
Programmable recirculating bricks mesh architecture for quantum photonics
Institute of Microelectronics and Optoelectronics, Warsaw University of Technology（华沙理工大学微电子与光电子研究所）
本文提出一种可编程循环砖状网格架构，用于量子光子学，展示其在玻色采样和光子不可区分性检测中的应用，同时支持时空模式的处理。
2026-04-01 physics.optics quant-ph
Integrated Photonic Quantum Computing: From Silicon to Lithium Niobate
Tongji University（同济大学）；Shanghai University（上海大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；University of Bristol（布里斯托大学）；The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）
本文综述了基于硅和铌酸锂的集成光子量子技术发展，探讨了硅基系统对铌酸锂技术扩展的启示，并展示了铌酸锂在电光调谐和非线性能量转换中的关键作用。
2026-02-02 physics.optics quant-ph
Integrated Silicon Photonics for High-Speed Quantum Key Distribution
集成光子学在复杂性、鲁棒性和可扩展性方面为量子通信设备提供了巨大的潜力。特别是硅光子学是量子光子技术的领先平台，具有集成化，成本效益器件制造和与CMOS微电子兼容的进一步优势。然而，用于在标准硅光子平台中高速调制量子态的有效技术受到限制。在这里，我们克服了这一限制，并展示了高速低错误的量子密钥分发调制与硅光子器件结合缓慢的热光直流偏置和快速（10~GHz带宽）载波耗尽调制。扩大这些集成电路和集成微电子的能力为新的先进集成量子通信技术和更广泛地采用量子安全通信开辟了道路。
2016-12-21 quant-ph
Integrated bright source of polarization-entangled photons using lithium niobate photonic chips
本研究在薄膜铌酸锂（TFLN）集成光子芯片上利用连续波泵浦，首次实现了高亮度偏振纠缠贝尔态源，其片上亮度达508.5 MHz/mW，超越硅光子学等平台，且生成的纠缠光子对纯度、并发度和保真度均高，为量子通信与光子量子技术提供了紧凑高效的器件方案。
2025-06-30 physics.optics quant-ph
Nonlinear Domain Engineering for Quantum Technologies
本文提出了一种通过人为结构化材料非线性来实现光子量子技术灵活性的非线性域工程方法，并展示了其在不同应用中的潜力。
2025-12-16 quant-ph
Cryogenic Systems for Quantum Photonic Technologies: A Practical Review
University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室）
综述探讨了低温系统在光学量子设备中的应用，涵盖从流式低温系统到机械制冷器和稀释制冷器的原理，为科学家提供技术洞察和历史背景以评估低温技术在量子技术中的作用。
2026-05-12 physics.ins-det quant-ph
Web Portal for Photonic Technologies Using Grid Infrastructures
物理过程的建模是科学和技术研究的一个组成部分。在这一领域，Extendible C++ Application in Quantum Technologies（ECAQT）软件包提供了在退相干存在下复杂量子系统的数值模拟和建模，在光子学中具有广泛的应用。它允许创建相互作用的复杂系统的模型，并模拟它们的时间演化与一些可用的时间演化驱动程序。涉及大量计算的物理模拟通常在分布式计算基础设施上执行。对于非专业用户来说，使用这样的计算基础设施或者甚至使用基础设施上的高级库通常是困难的，因为他们通常需要熟悉中间件和工具、并行编程技术和包。P-RADE网格门户是一个网格门户解决方案，它允许用户管理在计算网格基础设施上执行并行应用程序的整个生命周期。本文介绍了基于ECAQT软件包的门户网站的功能和结构。
2013-01-09 cs.DC physics.comp-ph quant-ph
Time-correlated Photons from a In$_{0.5}$Ga$_{0.5}$P Photonic Crystal Cavity on a Silicon Chip
在In $_{0.5}$ Ga $_{0.5}$ P光子晶体腔中通过三倍频共振四波混频产生时间相关光子对。通过主动补偿腔模式的残余光谱失准来达到最大效率。产生速率达到5 MHz的腔与Q-因子$\approx 4\times 10^4$，超过一个数量级大于使用相同芯片上制造的类似Q因子的环形谐振器测量。光子晶体源集成在Si光子电路上，这是量子技术应用的重要资产。
2022-02-19 physics.optics quant-ph
Single organic molecules for photonic quantum technologies
CNR-INO and LENS（意大利国家研究委员会光学研究所和欧洲纳米科学实验室）；Centre for Cold Matter, Blackett Laboratory, Imperial College London（帝国理工学院布莱克特冷物质中心）；ICFO − Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那科学技术研究院光子科学研究所）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·阿历山大大学）；Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）；CEMES-CNRS（法国国家科学研究中心电子与分子结构中心）
单有机分子在光子量子技术中具有重要应用潜力，通过优化与光的相互作用效率，可作为高效单光子源和非线性元件。
2020-11-11 quant-ph
Silicon photonic devices for scalable quantum information applications
硅光子学以其高集成度和优异的光学性能，成为实现全集成和大规模光量子信息处理的重要平台。可扩展的量子信息应用需要将光子的产生和探测集成在同一芯片上，我们已经看到，硅光子芯片上的各种器件都是为了这一目标而开发的。本文综述了可扩展量子应用的硅光子芯片的相关研究成果和最新技术。尽管存在不足，但部分部件的性能已经满足进一步扩展的要求。最后指出了片上可扩展量子信息应用面临的挑战和进一步的研究方向。
2022-08-10 physics.optics quant-ph
Freely Scalable Quantum Technologies using Cells of 5-to-50 Qubits with Very Lossy and Noisy Photonic Links
精细的量子控制现在已经在小离子阱、氮空位中心和超导量子比特簇中实现。我们可以把这样一个系统看作是一个通用的细胞，它具有从通信到大规模计算的各种技术用途，只要这个细胞能够与其他细胞联网，并克服互连中的任何噪声。在这里，我们展示了容损纠缠纯化使量子计算在当今现实的噪声和有损链路上变得可行：通过适度复杂的小区设计，并使用网络噪声阈值为13.3%的表面码协议，我们发现，以2MHz的速率尝试纠缠但遭受98%光子损失的互连可以导致千赫兹的计算机时钟速度（即高保真度稳定器测量的速率）。改进的链路将大大提高时钟速度。我们的模拟采用了在离子阱器件中已经实现的保真度的局部门。
2014-07-24 quant-ph
Single-photon nonlinearities and blockade from a strongly driven photonic molecule
在光子器件中实现单光子非线性的机制，仅仅利用传统材料的固有高阶非线性，将为实用的基于光子晶体的量子光子技术打开大门。在这里，我们表明，这种制度可以实现在一个三重谐振集成光子器件的两个耦合的环形谐振器，而不一定需要低体积限制，在一个材料平台显示固有的三阶非线性。通过强驱动系统的三个共振之一，在其他的一个弱相干探测的结果在一个强抑制的双光子概率的输出，证明了在连续波驱动下的零时间延迟的反聚束二阶关联函数。
2022-07-06 physics.optics quant-ph
Deterministic generation of large-scale photonic GHZ states utilizing spin echo in a solid-state quantum light source
The Physics Department and the Solid State Institute, Technion-Israel Institute of Technology（以色列理工学院物理系与固体研究所）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）；State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院光电材料与技术国家重点实验室）；Guangdong Technion-Israel Institute of Technology（广东以色列理工学院）
本文展示一种基于半导体量子点的器件，利用自然自旋回波概念，可在GHz速率下确定性产生超过12个光子的GHZ态，有望改进为高性能GHZ源以降低光子量子技术开销。
2026-10-09 quant-ph
Integrated quantum photonics with silicon carbide: challenges and prospects
光学可寻址的固态自旋缺陷是利用其长相干基态流形存储和操纵量子信息的有希望的候选者;单个缺陷可以利用光子-光子相互作用纠缠，提供通向大规模量子光子网络的路径。量子计算协议对系统中可接受的光子损失施加了严格限制。这些低损耗的要求在没有光子工程的情况下无法实现，但如果与最先进的纳米光子技术相结合，则可以实现。然而，大多数含有自旋缺陷的材料都很难加工：因此，量子光子器件的性能比经典器件落后几个数量级。碳化硅（SiC）非常适合弥合经典量子光子学的差距，因为它具有有前途的光学可寻址自旋缺陷，并且可以加工成绝缘体上的SiC，用于可扩展的集成光子学。在这个角度来看，我们讨论了最近的进展，可扩展的量子光子技术的发展的基础上，在碳化硅的固态自旋，并讨论当前的挑战和未来的方向。
2020-10-29 quant-ph
Error-correcting entanglement swapping using a practical logical photon encoding
几种新兴的量子技术，包括量子网络、模块化和基于融合的量子计算，关键地依赖于执行光子贝尔态测量的能力。因此，光子损失和Bell态测量成功概率的50%上限是光子量子技术的一个重要限制。在这里，我们开发的协议，克服了这两个关键的挑战，通过光子量子位的逻辑编码。我们的方法使用树图状态逻辑编码，它可以确定性地产生与几个量子发射器，并实现了近确定性的逻辑光子贝尔状态测量，同时还防止错误，包括光子损失，与记录的损失容忍阈值。
2021-09-10 quant-ph
Smart Quantum Technologies using Photons
利用光的量子态的技术在过去的二十年中一直处于聚光灯下。在这方面，量子精密测量，量子成像，量子光通信是一些重要的应用，利用迷人的量子特性，如量子叠加，量子关联，和非经典光子统计。然而，在单光子水平上操作的最先进的技术还不足以真正实现可靠的量子光子技术。在第一章中，我介绍了基于光子的技术的历史。此外，我还讨论了量子光子技术领域最近令人鼓舞的发展，以及实施可靠量子技术所面临的主要挑战，为揭示我们应对这些挑战的智能方法奠定了基础。同样，在第2章中，我将回顾量子光学和机器学习的基本概念。在第三章中，我提出了一个非线性量子精密测量方案的理论工作，展示了一个亚散粒噪声限制的相位估计使用位移压缩光和开/关检测。此外，我讨论了一个基于相机的挤压光检测，可以是一个智能和时间效率的平衡零差检测的替代方案。在第4章中，我讨论了我们将人工智能融入到提高热光与相干光源区分效率的努力。在第五章中，我提出了一个存在随机相位失真的通信协议。我们利用卷积神经网络来执行单光子的空间模式校正，从而获得接近统一的校正保真度。最后，我在第6章总结了我的论文，总结了历史背景、最先进技术面临的挑战以及我们在量子技术中引入人工智能的重要性。
2021-05-02 physics.optics quant-ph
Purcell-Enhanced Single Photons at Telecom Wavelengths from a Quantum Dot in a Photonic Crystal Cavity
本文研究 InAs/InP 量子点与光子晶体腔耦合，在电信 C 波段实现 Purcell 因子为 5、辐射寿命 340 ps 的单光子发射，并通过温度调谐在 25K 下保持单光子纯度，验证了无低温 C 波段单光子源的可行性。
2023-10-30 physics.optics quant-ph
Analysis of a Quantum Nondemolition Measurement Scheme Based on Kerr Nonlinearity in Photonic Crystal Waveguides
讨论了利用光子晶体波导中克尔效应引起的交叉相位调制实现光子数量子非破坏测量的可行性。特别地，我们推导了两个模式在PCW中的传播方程以及它们之间的三阶非线性耦合。减小的群速度和小的截面积的PCW导致增强的相互作用相对于散装材料。我们表明，在原则上，这样的实验可能是可行的与当前的光子技术，虽然它们是有限的材料特性。我们的传播方程的分析是足够的一般适用于研究孤子的形成，全光开关，并可以扩展到涉及其他订单的非线性过程。
2006-03-16 physics.optics quant-ph
High-Q/V two-dimensional photonic crystals cavities in 3C-SiC
固态量子发射器是量子技术中最有希望产生单光子的候选者。然而，它们受到退相干效应的影响，这限制了它们的效率和不可逆性。例如，在大多数色心的零声子线（ZPL）中发射的辐射大约为百分之几（例如金刚石中的$NV^-$中心，SiC中的$V_{Si}V_{C}$），限制了单光子的发射速率以及效率。与此同时，以集成方式与光子进行可靠的接口仍然是金刚石和SiC技术的挑战。在这里，我们开发的光子晶体腔的Q值在7,100的顺序在3C SiC。我们讨论了这种高限制腔如何能够显着提高零PL中发射的光子的比例，并改善其特性。特别是，提高的效率和改进的不可逆性可以为固态量子技术开辟道路。
2018-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optimising graph codes for measurement-based loss tolerance
图码在光子量子技术中发挥着重要作用，因为它们提供了对量子比特丢失的显着保护，这是一种占主导地位的噪声机制。在这里，我们开发的方法来分析和优化基于测量的容忍任意图形代码的量子位丢失和计算错误。使用这些工具，我们可以识别最多12个量子位的优化代码和渐近大的模块化结构。所开发的方法使各种光子量子技术的显着好处，因为我们说明与新的全光子量子中继器状态的量子通信和高阈值融合为基础的计划，容错量子计算。
2022-12-09 quant-ph
Geometrically-controlled polarisation processing in an integrated photonic platform
光的偏振是一种强大且广泛使用的自由度，用于在经典和量子应用中编码信息。特别是，基于光子的量子信息技术正在通过使用集成光子电路而发生革命性变化。因此，能够操纵这种电路中光子的偏振是非常重要的。我们通过实验证明了飞秒激光微加工的组件，如偏振不敏感或偏振定向耦合器，在1550 nm波长下工作，其中两个相反的行为是通过控制光子电路的几何布局来实现的制造，是用相同的照射配方制造的波导。我们期望将这种方法应用于复杂的集成光子器件，能够完全控制光子的偏振，用于量子密码学，量子计算和量子隐形传态实验。
2017-05-22 physics.optics quant-ph
Quantum Photonics Incorporating Color Centers in Silicon Carbide and Diamond
量子光子学在新型通信和传感技术的发展中起着至关重要的作用。碳化硅和金刚石中的色心提供单光子发射和长相干自旋，可以在量子网络中可扩展地实现。我们开发的系统将这些色心与光子器件相结合，通过电磁定制的光和物质相互作用来修改它们的发射特性。
2018-06-18 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Single-photon quantum hardware: towards scalable photonic quantum technology with a quantum advantage
为了实现量子技术在信息科学中的颠覆性潜力，量子硬件的规模扩大是未来的根本挑战。在众多的硬件平台中，光子学因提供模块化方法而脱颖而出，其主要挑战是构建足够高质量的构建模块并开发有效连接它们的方法。重要的是，随后的规模扩大将充分利用光子铸造基础设施提供的成熟集成光子技术，以生产具有巨大复杂性的小尺寸量子处理器。完全相干和确定性的光子-发射器接口是量子光子学的关键使能器，并且今天可以用固态量子发射器来实现，其规格达到被称为量子优势的定量基准。这种光-物质相互作用引物实现了一系列量子光子资源和功能，包括按需单光子和多光子纠缠源，以及光子-光子非线性量子门。我们将介绍当前单光子量子硬件的最新技术水平以及扩大规模所需的主要光子构建模块。此外，我们将指出量子通信和光子量子计算中硬件构建块的具体有前途的应用，为量子光子学应用铺平道路，可以提供真正的量子优势。
2021-03-01 physics.optics quant-ph
High Fidelity 12-Mode Quantum Photonic Processor Operating at InGaAs Quantum Dot Wavelength
可重构量子光子处理器是光子量子计算的关键技术。虽然大多数大规模可重构量子光子处理器在1550 nm左右的电信C波段进行了演示，但是利用非常适合于光子量子计算的量子点的高性能单光子光源在各种波长下操作。因此，存在对于具有更大波长范围的量子光子处理器的兼容性的需求。氮化硅（SiN）具有高限制和宽透明窗口，能够在C波段以外的波长实现紧凑、低损耗的量子光子处理器。在这里，我们报告了SiN通用12模量子光子处理器，其在940 nm的波长处具有最佳操作，其与发射在900 nm至970 nm波长范围内的光的InGaAs量子点光源兼容。该处理器可以在其12个输入模式上实现任意幺正变换，保真度为98.6%，平均光损耗为3.4 dB/模式。
2022-04-12 physics.optics quant-ph
Multidimensional quantum entanglement with large-scale integrated optics
控制多维量子系统的能力是基础科学研究和先进量子技术发展的关键。在这里，我们展示了一个多维集成量子光子平台，能够鲁棒地产生，控制和分析高维纠缠。我们在大规模硅光子量子线路上实现了一个可编程的二体纠缠系统，其维数可达$15 \times 15$。该器件在单个芯片上集成了550多个光子组件，包括16个相同的光子对源。我们验证了我们的多维技术的高精度，通用性和可控性，并进一步利用这些能力来展示以前从未在实验上探索过的关键量子应用，例如量子随机性扩展和多维状态的自测试。我们的工作为多维量子技术的发展提供了一个突出的实验平台。
2018-03-12 physics.optics quant-ph
Integrated photonics for continuous-variable quantum optics
University of Bristol（布里斯托大学）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Southampton（南安普顿大学）
本文综述了将连续变量光子态的源和探测器集成到芯片级光子集成电路中的努力，推动量子通信安全、传感和计算领域的进展。
2025-07-14 quant-ph
Realistic quantum photonic neural networks
量子光子神经网络是可变的光子电路，可以通过训练来实现高保真度的量子运算。然而，迄今为止的工作已经假设了理想化的组件，包括完美的$π$克尔非线性。在这里，我们研究了现实量子光子神经网络的局限性，这些网络受到制造缺陷的影响，导致光子丢失和不完美的路由，以及弱非线性，表明它们可以学会克服大多数这些错误。使用的例子，贝尔状态分析仪，我们证明，有一个最佳的网络大小，平衡不完善的能力，以弥补缺乏非线性。在次优的$π/10$有效克尔非线性下，我们证明了用当前最先进的工艺制造的网络可以实现0.891的无条件保真度，如果可以在每个逻辑光子量子比特中检测到光子的前提下成功，则可以增加到0.999999。我们的研究结果为新兴量子技术构建可行的，大脑启发的量子光子器件提供了指导。
2022-08-13 physics.optics quant-ph
Hybrid Quantum Nanophotonics: Interfacing Color Center in Nanodiamonds with Si3N4-Photonics
本章涵盖了基于纳米金刚石色心和Si3N4光子学的混合量子光子学领域的最新发展，该技术平台应用于量子信息处理和量子信息分布。方法论可分为三个主要任务。第一，氮化硅光子器件的制备和优化。第二，纳米金刚石中色心的产生、表征和控制。第三，通过将纳米金刚石集成到光子结构中来组装混合量子光子学。一个焦点将是通过优化光学耦合来完成色心的有效接口。本章介绍了这三个步骤的最新进展，并总结了已建立的混合平台。我们相信，这种混合方法为在不久的将来实现量子光子应用（如量子网络或量子中继器）提供了一条有前途的道路。
2022-07-26 physics.optics quant-ph
Deterministic photonic quantum computation in a synthetic time dimension
光子学作为量子信息处理的衬底提供了独特的优势，但也带来了基本的可扩展性挑战。非确定性方案强加了大量的资源开销，而确定性方案需要过多的相同量子发射器来实现相当大的量子线路。在这里，我们提出了一个可扩展的结构，光子量子计算机，需要最少的量子资源来实现任何量子线路：一个单一的相干控制的原子。光开关通过调制光子-原子耦合，赋予光子量子态一个合成的时间维度。应用于原子量子比特的量子操作可以通过投影测量传送到光子量子比特上，并且任意的量子线路可以被编译成这些传送操作的序列。这种设计不需要将许多相同的量子发射器集成到光子电路中，并允许光子量子比特之间的有效全对全连接。所提出的设备具有独立于量子线路深度的机器尺寸，不需要单光子探测器，确定性地操作，并且对实验缺陷具有鲁棒性。
2021-01-19 physics.optics quant-ph
Expanding the Quantum Photonic Toolbox in AlGaAsOI
绝缘体上砷化铝镓（AlGaAsOI）具有大的$χ^\left(2\right)$和$χ^\left(3\right)$光学非线性、宽的可调谐带隙、低的波导传输损耗和大的热光系数，使其成为集成量子光子学的一个令人兴奋的平台。随着在AlGaAsOI中建立超亮量子光源，下一步是开发芯片级量子光子电路的关键构建模块。在这里，我们通过展示边缘耦合器，3 dB分光器，可调干涉仪和波导交叉点扩展了AlGaAsOI的量子光子工具箱，其性能与硅和氮化硅量子光子平台相当或超过硅和氮化硅量子光子平台。作为演示，我们通过非平衡干涉仪解复用光子量子比特，为光子量子计算和信息应用的超高效和高速率芯片级演示铺平了道路。
2022-05-13 physics.optics quant-ph
Simulating topological materials with photonic synthetic dimensions in cavities
光子在基础物理和实用技术中起着重要作用。它们已成为量子计算和量子模拟的重要信息载体之一。近年来，由光学谐振腔支持的各种光子自由度形成了光子合成维度，为模拟新型拓扑材料提供了全光学平台。光子的离散或连续自由度被映射到模拟拓扑物质的晶格或动量上，光模之间的耦合等价于准粒子之间的相互作用。成熟的光调制使模拟哈密顿量的灵活工程。同时，共振探测方法为获得相应的能带结构、粒子分布和动力学演化提供了直接的途径。在这篇综述中，我们给出了一个概述的综合尺寸在光学腔，包括频率，轨道角动量，时间复用晶格，和独立参数。在低维合成系统中，已经证明了丰富的高维拓扑模型。我们进一步讨论了光子合成维度在未来的潜在发展。
2022-11-19 physics.optics quant-ph
Zero-power calibration of photonic circuits at cryogenic temperatures
超导光子探测技术在量子光子学中的不断成功使低温兼容系统成为完全量子光子集成的基石。在这里，我们提出了一种方法来可逆地微调个别波导结构的光学特性，通过局部改变其几何形状，使用固化氙。从本质上讲，我们不需要额外的片上校准元件，有效地将与可重构元件相关的功耗归零，几乎不会损害光子器件的性能。我们能够在压力控制环境中实现无源电路调谐，局部操纵光波导部分上的包层厚度。我们在低温环境中实现了这一点，通过控制氙气的沉积，并使用升华精确调整其厚度，由片上电阻加热器触发。$π$相移仅在计算长度$L_π$ = 12.3 $\pm$ 0.3 $μm$上发生。这项工作为将紧凑、可重构的光子电路与超导探测器、设备或其他设备集成在一起铺平了道路。
2021-05-11 physics.optics quant-ph
Nanowire-based Integrated Photonics for Quantum Information and Quantum Sensing
本文综述纳米线量子点单光子发射器与超导纳米线单光子探测器的原理、材料、制备及应用，展望集成量子光子学趋势并提出实验方向。
2023-07-18 physics.optics quant-ph
Near perfect two-photon interference out a down-converter on a silicon photonic chip
集成纠缠光子对源是实现大规模量子光子解决方案的关键要素，并解决了规模扩大和稳定性的挑战。在这里，我们报告了基于硅基平台中通过光致二阶（$χ^{(2)}$）非线性进行自发参数下转换的能量时间纠缠光子对源的首次演示，确保了基谐波的0型准相位匹配及其波导内的二次谐波。所开发的源在8的$μ$ W泵浦功率下显示出1635的符合与偶然比。值得注意的是，我们报告的双光子干涉与99.36 $\pm1.94\%$接近完美的可见度，显示高品质的光子纠缠没有多余的背景噪声。这为量子技术开辟了新的视野，需要在单个芯片上集成各种各样的建筑功能。
2022-02-09 physics.optics quant-ph
Noise Models Impacts and Mitigation Strategies in Photonic Quantum Machine Learning
University of Moratuwa（莫拉图瓦大学）
本文分析了光子量子机器学习中噪声来源及其对学习精度、训练稳定性及收敛速度的影响，总结了噪声表征与缓解策略，并探讨了实际应用中的挑战与未来发展方向。
2026-04-04 cs.LG quant-ph
Scalable Fault-Tolerant Quantum Technologies with Silicon Colour Centres
本文提出基于硅T中心色心自旋的统一量子架构，借助纳米光子链路和高连接图实现高质量纠缠分发，并支持低开销量子纠错，以推进可扩展容错量子计算与网络。
2023-11-08 quant-ph
Large-Scale Tree-Type Photonic Cluster State Generation with Recurrent Quantum Photonic Neural Networks
本文提出基于循环量子光子神经网络的树型簇态生成新协议，突破相干性与概率操作限制，实现近完美保真度，当前技术可生成60光子簇态，并分析其在全球量子网络中的应用潜力。
2025-10-24 quant-ph
Simulation of integrated photonic gates
量子通信、传感和成像等量子技术需要一个灵活、可扩展、在室温下工作的平台。集成光子学是一个很有前途和快速发展的平台。这就需要开发合适的工具来设计和制作任意的光子量子器件。在这里，我们提出了一种算法，从$n$模式转换$U$开始，设计一个光子器件实现$U$。利用这种方法，我们设计了集成光子器件，实现了高保真度的量子门。除了量子计算，未来的应用还包括光子子程序或嵌入式量子设备的设计。这些定制设计的光子器件将在一个步骤中实现给定的算法，并且与完全可编程的处理器相比，体积小，功能强大，速度快。
2020-06-07 quant-ph
Quantum Photonic Interconnect
集成光子学使量子技术取得了很大进展。包括量子通信、传感、分布式和云量子计算在内的许多应用将需要在单独的基于芯片的子系统之间进行相干光子互连。大规模量子计算系统和架构可能最终需要量子互连以实现超出单个晶片的限制并朝向“多芯片”系统的缩放。然而，由于这些量子态的脆弱性以及在单个相干系统内的至少两种介质中传输光子的苛刻挑战，相干互连单独的芯片是具有挑战性的。在多个设备之间分配和操纵量子比特纠缠是互连系统最严格的要求之一。在这里，我们报告了一个量子光子互连，展示了两个独立芯片之间的高保真纠缠分布和操纵，使用最先进的硅光子学实现。路径纠缠态在片上产生和操纵，并通过路径编码和偏振编码之间的相互转换在芯片之间分布。我们使用集成状态分析器来确认两个芯片之间的$S$ =2.638+-0.039的Bell型违反。随着损耗的改善，这种量子互连将为量子技术提供新水平的灵活系统和架构。
2015-09-26 quant-ph
Characterization of ${}^{171}Yb^{3+}\!:\! YVO_4$ for photonic quantum technologies
晶体中的稀土离子是系综体系量子技术的一个成熟的固态平台，在单离子水平上有吸引力的新机会。在三价稀土中，${}^{171}\mathrm{Yb}^{3+}$的独特之处在于它具有单一的4f激发态流形，并且是唯一的核自旋为1/2的顺磁性同位素。在这项工作中，我们提出了测量的光学和自旋性质的$^{171}$ Yb $^{3+}$：YVO $_4$，以评估是否可以利用这种独特的能级结构的量子接口。该材料被发现具有较大的光吸收相比，其他稀土掺杂晶体由于窄的非均匀加宽和大的过渡振子强度的组合。在中等磁场中，我们测量的光学线宽小于3千赫和核自旋线宽小于50赫兹。我们在这个系统中，这使得工程的$Λ$ -系统和演示的全光相干控制的核自旋系综的激发态超精细和塞曼相互作用的特点。考虑到这些性质，$^{171}$ Yb $^{3+}$：YVO $_4$具有构建量子接口的巨大潜力，例如基于集成的存储器、微波到光学换能器和光学可寻址的单个稀土离子自旋量子比特。
2018-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Quantum photonics at telecom wavelengths based on lithium niobate waveguides
锂离子电池上的集成光学元件在标准高速通信系统中发挥着重要作用。在过去的二十年里，在量子信息科学诞生和定位之后，锂酸盐波导架构已经成为实现光子学量子技术的关键平台之一。由于波导结构集成的成熟技术工艺，以及非线性光学效应的固有和有效特性，锂酸盐器件如今是许多光子对或三重态源、单光子探测器、相干波长转换接口和量子存储器的核心。因此，它们在先进和复杂的量子通信系统中找到了应用，这些系统需要紧凑性，稳定性，效率以及与其他导波技术的互连性。在这篇综述论文中，我们首先介绍了锂的材料方面，随后讨论了所有上述量子组件，从标准的光子对源到更复杂和先进的电路。
2016-08-15 quant-ph
Photonic indistinguishability characterization and optimization for cavity-based single-photon source
该研究通过模拟HOM双光子干涉对比不同CQED系统的单光子不可区分性，发现天然原子CQED系统及Λ型三能级原子的优势，还提出机器学习框架提升非全同系统的不可区分性，助力可扩展光子量子技术发展。
2024-04-17 quant-ph
Phase-controlled integrated photonic quantum circuits
可扩展的光子量子技术基于多个嵌套干涉仪。为了实现这种架构，需要集成光学结构来确保稳定、可控和可重复的操作。在这里，我们展示了一个关键的证明的原则演示的外部控制的光子量子线路的基础上紫外光写入波导技术。特别是，我们提出的非经典干涉的光子对的马赫-曾德尔干涉仪与X耦合器在集成光路中的热光移相器的干涉仪臂之一。
2009-09-23 quant-ph
Local expansion of photonic W state using a polarization dependent beamsplitter
我们提出了一种简单的概率光门来扩展偏振纠缠W态。该门使用一个偏振相关分束器和一个水平偏振的单光子作为辅助。栅极后选择性地将$N$ -光子W态扩展为$(N+1)$ -光子W态。考虑到现实的实验条件的可行性分析表明，该方案是在目前的量子光学技术的范围内。
2008-10-16 quant-ph
A photonic transistor device based on photons and phonons in a cavity electromechanical system
提出了一种基于腔机电系统中光子和声子的光子晶体管方案，该系统由超导微波腔和纳米机械谐振器耦合组成。光子传播的控制是通过微波场（光子）和纳米机械振动（声子）的相互作用来实现的。通过计算的信号场的透射谱，我们表明，信号场可以有效地衰减或放大，这取决于第二个“门控”（泵）字段的功率。这种方案可能是单光子晶体管的一个有前途的候选者，并为电信和量子信息技术中的许多应用铺平了道路。
2012-09-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photonic implementation of Majorana-based Berry phases
由量子系统的循环演化产生的几何相位为推进基础物理学和技术提供了一个鼓舞人心的舞台。有趣的是，在物理系统中实现的任意子的奇异统计可以被解释为几何相位的拓扑版本。然而，非阿贝尔统计尚未在实验室中得到证明。在这里，我们采用了一个全光量子系统，模拟统计演化的马约拉纳费米子。其结果是，我们实验实现非阿贝尔Berry相位的拓扑特性，他们是不变的，根据其控制参数的连续变形。我们实现了一个通用的一套马约拉纳启发门进行拓扑和非拓扑的演变，并调查他们的弹性对扰动错误。我们的光子实验，虽然它是不可扩展的，它表明了有趣的可能性，实验模拟马约拉纳统计与可扩展的技术。
2021-05-27 cond-mat.str-el hep-th quant-ph
Photonic devices fabricated from (111) oriented single crystal diamond
金刚石是追求集成量子光子技术的首选材料。到目前为止，大多数由金刚石制成的光子器件都是由（100）取向的晶体制成的。在这项工作中，我们展示了一种从（111）取向金刚石制造光学活性膜的方法。我们使用剥离技术产生膜，然后在硅的存在下化学气相沉积金刚石，以产生均匀的硅空位色心，其发射性能优于（100）取向的金刚石。我们进一步使用金刚石膜来制造高品质的微型谐振器，其品质因数超过~ 3000。在时域有限差分计算的支持下，我们讨论了（111）取向结构作为量子纳米光子器件构建模块的优势。
2019-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
A proposal for the implementation of quantum gates with photonic-crystal coupled cavity waveguides
量子计算机需要的技术既能对相干量子现象提供足够的控制，又能将与环境的虚假相互作用降到最低。我们表明，光子局限于光子晶体，特别是高效的波导形成的线性链的缺陷掺杂原子可以产生强的非线性相互作用，允许实现单和两个量子位量子门。门开关机制的简单性、制作二维光子晶体结构的实验可行性以及这种器件与光电子学的可集成性为光学量子信息处理网络提供了新的有趣的可能性。
2007-04-12 quant-ph
