Giant nonlinearity and entanglement of single photons in photonic bandgap structures
预测了具有抑制光谱展宽的巨大增强的交叉相位调制，其传播受到具有多级掺杂的空间周期性介质的光子带隙的强烈影响的光致暗态极化激元之间。这种机制被证明是能够完全纠缠两个单光子脉冲高保真度。
2004-10-03 quant-ph
One-step direct measurement of the entangled W states with cross-Kerr nonlinearity
提出了一种利用交叉克尔非线性介质直接测量纠缠W态的方案。该方案可以一步测量三光子、四光子甚至N光子W态。该方案仅使用光子带隙和交叉克尔非线性介质，实验上可行。我们描述了三光子W态的测量过程，并将其推广到四光子和N光子W态。
2020-09-13 quant-ph
Heralded Noiseless Amplification of a Photon Polarization Qubit
单模的非确定性无噪声放大可以规避放大量子信号的独特挑战，例如不可克隆定理和确定性量子态放大的最小噪声成本。然而，现有设备不适合放大基本光学量子信息载体，即跨两个光学模式相干编码的量子比特。在这里，我们构建了一个相干双模放大器，以展示第一个预示着无噪声线性放大的量子比特编码在一个光子的偏振态。在这样做的过程中，我们将现实量子比特信道的传输保真度提高了五倍。量子比特放大器有望扩展安全量子通信和其他量子信息科学技术协议的范围。
2012-08-29 quant-ph
Emission of photon pairs at discontinuities of nonlinearity in spontaneous parametric down-conversion
为了满足在χ 2非线性不连续处的电场和磁场振幅的连续性要求，必须在不连续区域中发射附加光子对。广义双光子谱振幅可以用来描述在这个过程中产生的光子对的性质，我们称之为表面自发参量下转换。这样的光子对的光谱结构是类似的导出的体积中产生的光子对。作为非线性层状结构的一个例子，表面和体积对自发下转换的贡献是相当的。
2009-10-02 quant-ph
EPR Beams and Photon Number Detector: Toward Synthesizing Optical Nonlinearity
我们给出了两种实验结果。一个是连续变量密集编码实验，另一个是具有高线性响应的光子数探测器，即电荷积分光子探测器（CIPD）。三次相位门是光子量子信息处理中综合测量诱导非线性效应的重要门元件。
2006-01-10 quant-ph
Quantum estimation of Kerr nonlinearity in driven-dissipative systems
本文主要研究了驱动耗散系统中克尔非线性的量子测量。在没有耗散的情况下，非线性参数$χ$的测量精度按“超级海森堡标度”$1/N^2$缩放，其中$N$是由于非线性发生器引起的粒子（光子）的总平均数。在这里，我们发现“超海森堡标度”$1/N^{3/2}$也可以通过选择适当的询问时间来获得。在稳态下，只有在单光子损失和单光子驱动或双光子驱动的情况下，当非线性参数接近于0时，才能实现“超海森堡标度”$1/N^{3/2}$。随着非线性强度的增加，“超海森堡标度”消失。在单光子驱动的情况下，当系统在单光子损失的基础上又遭受双光子损失时，在非线性度$χ=0$处将不会出现最佳测量精度。与直觉相反，在双光子驱动的情况下，我们发现并不是双光子损失越大，测量精度就越低。这意味着增加双光子损耗可以在一定程度上提高$χ$的测量精度。
2022-04-12 quant-ph
How single-photon nonlinearity is quenched with multiple quantum emitters: Quantum Zeno effect in collective interactions with $Λ$-level atoms
本文从理论上研究单光子非线性随Λ型能级量子发射体数量增加而消失的现象，揭示其根源在于量子芝诺效应导致的光子控制动力学减慢。
2024-01-13 quant-ph
Atom-photon, two-mode entanglement and two-mode squeezing in the presence of cross-Kerr nonlinearity
研究了在交叉克尔非线性作用下，两个量子场与三能级量子系统的相互作用。我们考虑了三种原子-光子相互作用的耦合模型。首先，我们研究了原子-光子纠缠的动力学行为，发现在三种模型中，增加交叉克尔非线性会导致不同的行为。此外，它表明，这两个量子化模式可以纠缠，另一方面，通过施加一个经典的驱动场的低水平。增加经典驱动场破坏了长时间的原子-光子纠缠。结果表明，在没有经典驱动场和交叉克尔非线性的情况下，可以产生振荡双模压缩。
2016-05-07 quant-ph
Nonlinearity in Single Photon Detection: Modeling and Quantum Tomography
单光子探测器是量子光学和量子信息的重要组成部分。基于超导纳米线的探测器表现出新的性能水平，但没有公认的量子光学模型，这是有效的多个输入光子。通过执行探测器断层扫描，我们改进了最近提出的模型[M. K. Akhlaghi和A.H. Majedi，IEEE应用超临界流体学报。19，361（2009）]，并且还研究了这些检测器对光的非线性响应的方式，这对于某些应用是有价值的特征。我们开发了一个设备独立的模型，单光子探测器，采用这种非线性。
2011-08-18 quant-ph
Universal continuous-variable quantum computation: Requirement of optical nonlinearity for photon counting
虽然通用的连续变量量子计算不能通过线性光学（包括压缩），零差检测和前馈实现，但理想光子计数测量的包含克服了这一障碍。这些测量有时通过分束器阵列来描述，以将光子分布在几种模式中。我们表明，这样的计划不能用来实现理想的光子计数，这样的测量必然涉及非线性演化。然而，这种对非线性的要求可以“离线”，从而允许使用线性光学进行通用的连续变量量子计算。
2002-03-19 quant-ph
Robust Universal Photon Blockade in a Bimodal Jaynes-Cummings Model via Kerr Nonlinearity
Xinjiang Normal University（新疆师范大学）；Lanzhou University（兰州大学）
本文通过Kerr非线性在双模Jaynes-Cummings模型中展示出鲁棒的通用光子阻塞，其核心方法是单个两能级原子与波导微腔的耦合，并揭示了非线性在提升单光子源纯度和亮度中的协同优势。
2026-04-04 quant-ph
The Superconducting Quasiparticle-Amplifying Transmon: A Qubit-Based Sensor for meV Scale Phonons and Single THz Photons
提出基于 transmon 量子比特架构结合超导准粒子放大级的新型传感器 SQUATs，预测其固态探测器可实现对单 THz 光子及 meV 尺度声子的高灵敏度探测。
2024-11-14 hep-ex physics.ins-det quant-ph
Temperature dependence of the Kerr nonlinearity and two-photon absorption in a silicon waveguide at 1.55μm
在5.5 ~ 300 K温度范围内，测量了硅波导的双光子吸收和光学克尔非线性随温度的变化关系。双光子吸收系数是从4.9 ps脉冲的功率依赖的传输计算。我们观察到双光子吸收系数从300 K时的0.76 cm/GW下降到5.5K时的0.42 cm/GW，下降了近两倍。克尔非线性是从自相位调制引起的透射脉冲的光谱展宽中推断出来的。发现克尔非线性从300 K时的5.2E-18 m^2/W减小到5.5 K时的3.9E-18 m^2/W。低温下克尔非线性与吸收非线性之比的增加表明利用非线性相移的器件（如光开关或参量光子对源）的工作性能得到了改善。我们研究了光子对源的预示效率在低温下将如何变化。此外，开发的建模和实验技术可以很容易地扩展到其他波长或感兴趣的材料。
2018-09-01 quant-ph
Enhancement of Kerr nonlinearity via multi-photon coherence
提出了一种利用多能级原子相干性共振增强光学克尔非线性的新方法。这种增强伴随着介质的其他线性和非线性极化率项的抑制。我们表明，该效果的结果在一个修改的非线性法拉第旋转的光在Rb 87蒸汽细胞中传播通过改变光的椭圆率。
2002-07-24 quant-ph
Engineered optical nonlinearity for a quantum light source
在自发参量下转换的非线性过程中产生的单光子对形成了基础和应用实验量子信息科学的支柱。许多应用受益于仔细的单光子波包的光谱整形。在本文中，我们通过调制极化晶体的非线性度，在不影响相位匹配条件的情况下，定制下转换光子的联合光谱波函数。我们设计了一个具有高斯非线性分布的晶体，并通过双光子干涉实验证实了成功的波包整形。我们用数值方法展示了我们的方法如何应用于实现单光子量子光学目前最重要的目标之一，即创建没有光谱相关性的纯单光子。
2011-03-18 quant-ph
Quantum Cross Nonlinearity for Photon-Number-Resolving Nondestructive Detection
本研究提出基于V型量子发射体与双腔系统的量子交叉非线性机制，实现了单光子级的光子数分辨非破坏性探测，可扩展至多类腔量子电动力学系统，助力量子信息处理应用。
2024-08-15 quant-ph
Cloning Entangled Qubits to Scales One Can See
通过放大光子量子比特，可以产生包含足够人眼可见光子的状态，从而可能将量子效应带到宏观尺度[1]。本文从理论上研究了利用不同类型的光子量子比特光克隆机放大纠缠光子对的一侧所获得的量子态。我们提出了一个检测方案，涉及有损阈值检测器（如人眼）的放大侧和传统的光子探测器的另一侧。我们表明，这种粗粒度的测量得到的相关证明了初始光子对的纠缠，并没有证明的纠缠的放大状态。我们强调的重要性，贝尔违反实验中的检测漏洞，给出了一个简单的制备技术，违反贝尔不等式，而不关闭这个漏洞的可分离状态。最后分析了放大态的真实纠缠及其对放大前、放大中和放大后损耗的鲁棒性。
2010-05-27 quant-ph
Entangled Microwave Photons Generation using Cryogenic Low Noise Amplifier (Transistor Nonlinearity Effects)
这篇文章主要关注量子领域中的一个重要现象，称为纠缠。很明显，由于非线性性质而产生的纠缠已经通过不同的方法产生。相反，本研究使用了一种独特的方法，其中设计了低温低噪声放大器，并使用晶体管非线性效应（三阶非线性）产生纠缠微波光子。假设低噪声放大器包含两个以不同频率谐振的耦合振荡器。上述振荡器通过栅漏电容和非线性耦合器相互耦合，这是对纠缠微波光子进行强操纵的重要因素。在纠缠分析中，首先推导出系统的哈密顿量，然后利用所设计的放大器的动力学运动方程，在傅里叶域计算出振荡器的光子数和相敏互相关因子，从而计算出纠缠度规。研究结果表明，利用晶体管的非线性特性设计的低噪声放大器能够在很低的本征噪声下产生纠缠微波光子，更重要的是当噪声系数达到最小时，能够产生纠缠微波光子。此外，低温低噪声放大器的设计和模拟，以验证它是可能的，以实现超低的噪声系数，通过该纠缠的微波光子的产生的概率增加。
2022-01-13 quant-ph
Complete nondestructive analysis of two-photon six-qubit hyperentangled Bell states assisted by cross-Kerr nonlinearity
超纠缠（Hyperentanglement）是量子系统中多个自由度的纠缠态，由于可以极大地提高量子通信的信道容量和安全性而受到广泛关注。在这里，我们提出了第一个方案，完全区分的超纠缠Bell态的双光子系统在三个自由度的交叉克尔非线性的帮助下，没有破坏，包括两个纵向动量自由度和偏振自由度。我们利用交叉克尔非线性构造了量子非破坏探测器，并利用该探测器对不同自由度的双光子系统的Bell态进行了奇偶校验测量和分析。我们提出的双光子六量子比特超纠缠Bell态分析方案对量子信息，特别是长距离大容量量子通信的实际应用具有重要意义.
2016-02-11 quant-ph
Measurement-induced strong Kerr nonlinearity for weak quantum states of light
单光子水平上的强非线性是光量子技术的关键使能工具。在这里，我们报告了一个强克尔非线性的测量诱导量子操作的弱量子态的光的实验实施。我们的方案相干地结合了两个序列的单光子加法和减法，诱导在单光子水平的非线性相移。我们利用弱相干态探测了非线性效应，并利用量子态层析技术对输出的非高斯态进行了表征。Fock基中特定的非对角密度矩阵元素的符号变化清楚地证明了强非线性。
2017-06-21 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
Simultaneous vibrational resonance in the amplitude and phase quadratures of an optical field based on Kerr nonlinearity
该研究在Kerr非线性腔中分析高频调制对弱光信号的作用，证明振幅与相位正交分量可同步发生振动共振，并揭示最佳增强条件及相位依赖。
2024-02-29 physics.optics quant-ph
Single-photon-assisted entanglement concentration of a multi-photon system in a partially entangled W state with weak cross-Kerr nonlinearity
利用辅助单光子和基于交叉Kerr非线性的奇偶校验测量，提出了一种适用于部分纠缠W态的$N$ -光子系统的非局域纠缠集中协议（ECP）.量子通信中的一方首先在$N$ -光子系统中对自己的光子和一个辅助光子进行奇偶校验测量，然后拾取偶宇称实例，得到标准W态。当她获得奇奇偶实例时，系统处于较少纠缠状态，它是下一轮纠缠集中的资源。通过多次迭代纠缠浓缩过程，本ECP的总成功概率接近理论极限。目前的ECP具有成功概率高的优点。此外，该ECP只需要$N$ -光子系统本身和一些辅助单光子，而不需要两个系统的拷贝，这大大降低了实验实现的难度。它在量子通信中有很好的应用前景。
2012-08-01 quant-ph
Cross-Kerr nonlinearity between continuous-mode coherent states and single photons
单光子与相干态之间的弱交叉克尔非线性是量子信息处理中许多应用的基础。到目前为止，这些非线性主要是在高度理想化的单模模型方面进行了讨论。我们发展了连续模光子脉冲之间相互作用的一般理论，并将其应用于单光子与相干态相互作用的情况。利用保真度和条件相位的概念定量地研究了通常的单模近似的有效性。我们表明，高的结晶度，非零条件相位和高光子数是兼容的，在脉冲完全通过彼此和不必要的横模效应被抑制的条件下。
2011-03-07 quant-ph
Photon Sorting, Efficient Bell Measurements and a Deterministic CZ Gate using a Passive Two-level Nonlinearity
虽然近年来实验上可用的光学非线性的强度已经迅速增加，但是使用这种非线性来产生有用的量子器件（例如有效的光学贝尔态分析器或通用量子光闸）仍然存在重大挑战。在这里，我们描述了一种新的方法，避免了目前的限制，通过结合强非线性与积极的高斯运算在有效的协议贝尔状态分析仪和控制符号门。
2015-02-15 quant-ph
Enhanced Phase Estimation via Photon-Added Two-Mode Squeezed States and Kerr Nonlinearity
Jiangxi Normal University（江西师范大学）；Jiangxi Normal University Science and Technology College（江西师范大学科学技术学院）；Institute for Military-Civilian Integration of Jiangxi Province（江西省军民融合研究院）
本文提出一种利用光子添加双模压缩态和 Kerr 非线性性提升相位估计精度的量子计量学方案，实现超越标准量子极限和超 Heisenberg 极限的高灵敏度测量。
2026-02-19 quant-ph
Counter-propagating entangled photons from a waveguide with periodic nonlinearity
建立了在非导引泵浦场作用下，周期非线性波导中自发参量下转换的条件。控制的周期性非线性和波导的物理特性允许的准相位匹配方程，描述反向传播的引导信号和空闲光束得到满足。在典型的实验条件下，我们比较了这种反向传播光束和同向传播光束的调谐曲线和光谱特性。我们发现反向传输的光束具有窄的带宽，可以产生具有离散频率纠缠的量子态。这种状态可能对量子光学实验和受益于频率纠缠的技术有用。
2002-01-31 quant-ph
Complete analysis of the maximally hyperentangled state via the weak cross-Kerr nonlinearity
本文提出了一种在弱交叉克尔非线性作用下完全分析偏振态和空间模自由度的最大超纠缠态的简单方法。我们的方法不仅可以用于双光子超纠缠Bell态分析和三光子超纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态分析，而且适用于N光子超纠缠GHZ态分析。在我们的协议中，超纠缠的比特信息是通过非线性相互作用读出的，相位信息是通过使用线性光学元件和单光子探测器获得的。这种方法在现有技术条件下是可以实现的，对实际的大容量量子通信方案有一定的参考价值。
2022-08-17 quant-ph
Nonreciprocal photon blockade in a two-mode cavity with a second-order nonlinearity
结果表明，斐索阻力可以用来引起非互易性。我们建议使用一个纳米结构的环形腔制成的$χ^{(2)}$非线性材料，以实现非互易光子封锁（PB）通过斐索阻力。在弱驱动条件下，我们讨论了PB的基础上，良好的空间重叠的基波和二次谐波频率的双共振模式的起源。我们还发现，对于基模，当我们从一侧驱动系统时，发生PB，而当我们从另一侧驱动系统时，发生光子诱导隧穿。然而，在二次谐波模式中没有这种现象。值得注意的是，PB现象在相当小的光学非线性下发生，从而使系统参数更接近当前技术可合理实现的范围。
2019-05-16 quant-ph
Enhancement of few-photon optomechanical effects with cross-Kerr nonlinearity
少光子光力学效应不仅是理解光子与机械振荡之间的辐射-压力相互作用的重要物理依据，而且在现代量子技术中具有广泛的应用前景。本文研究了在广义光机系统中，伴随光机耦合的交叉Kerr相互作用下的少光子光机效应，包括光子阻塞和薛定谔猫态的产生.通过严格对角化广义光学力学哈密顿量并计算其幺正演化算符，我们找到了光子封锁和单光子机械位移增强的物理机制。通过研究腔场的二阶关联函数，计算了力学模的Wigner函数和旋转正交算符的概率分布，研究了这种广义光力学系统的量子特性.我们还研究了耗散率对少光子光力学效应的影响。
2019-01-24 quant-ph
Schemes for quantum entanglement concentration of two unknown partially entangled states with cross-Kerr nonlinearity
我们提出了一个实用的方案来集中一对未知的部分纠缠Bell态和三光子W态的交叉Kerr非线性纠缠。在该方案中，利用局域操作和经典通信，分离的两方可以从两个先前共享的部分纠缠光子对中获得一个最大纠缠光子对，而分离的三方可以从两个相同的部分纠缠三光子W态中获得一个最大纠缠三光子W态和一个最大纠缠团簇态，并具有一定的成功概率.最后讨论了误差源和退相干对方案的影响。该系统结构简单，仅使用了一些线性光学元件和交叉克尔介质，大大简化了实验实现。这些方案在现有的实验技术条件下是可行的
2014-03-20 quant-ph
Generating entanglement of photon-number states with coherent light via cross-Kerr nonlinearity
我们提出了一个产生光场纠缠态的方案。该方案只需要相干光束之间的交叉克尔非线性相互作用，然后进行零差检测。因此，该方案在当前技术的范围内。我们详细研究了两模间和三模间纠缠态的产生。除了两模间的Bell态和三模间的W态外，我们还发现了大量新的纠缠态。最后，该方案可以推广到三模以上的纠缠态的产生。
2007-04-12 quant-ph
Enhancing Phase Estimation in a Hybrid Interferometer via Kerr Nonlinearity and Photon Subtraction
Jiangxi Normal University（江西师范大学）；Department of Physics, Jiangxi Normal University Science and Technology College（江西师范大学科学技术学院物理系）；School of Electronic and Information Engineering, Nanchang Institute of Technology（南昌工学院电子与信息工程学院）
本文提出了一种高精度相位估计方案，通过结合Kerr非线性相位移器和多光子子traction操作，实现了超越标准量子极限和常规海森堡标度的相位灵敏度，接近超海森堡标度。
2026-05-20 quant-ph
Isolating noise and amplifying signal with quantum Cheshire cat
提出基于量子柴郡猫的思想实验，利用干涉仪装置将光子属性与客体分离并放大信号，且能分离互补属性，在噪声场景中通过分离“困惑”实现信号放大。
2023-05-23 quant-ph
Heralded generation of symmetric and asymmetric entangled qudits with weak cross-Kerr nonlinearity
高维纠缠态由于其强的非局域性和强大的量子信息处理能力而受到人们的广泛关注。利用本文提出的方法，可以在弱交叉克尔非线性的情况下产生任意形式的纠缠量子点，包括对称和非对称纠缠量子点。这些方案是由单光子探测器的探测预示。如果所有探测器都没有记录任何单个光子，则生成成功，概率为$1/n^{M}$，由维度$n$和部分$M$确定。此外，这些方案即使在普通光子数非分辨探测器上也能很好地工作，因此在现有的实验技术下是可行的。
2013-02-28 quant-ph
Entangled-Photon Generation from Parametric Down-Conversion in Media with Inhomogeneous Nonlinearity
本文提出并实验验证了二阶非线性介质中的第二类自发参量下转换（SPDC）理论。作为一个特殊的情况下，我们探讨从SPDC产生的级联的两个散装晶体分离的空气间隙中的干涉效应。发现偏振量子干涉图案随两个晶体之间的间距强烈变化。这被发现是一个合作的效果，由于两种机制：分离晶体和时空效应所产生的横波矢量列入介质的色散。这些效应为控制SPDC中产生的量子态提供了两种伴随的途径。我们希望这些结果是感兴趣的量子技术的发展和周期性变化的非线性材料中的SPDC的产生。
2001-12-21 quant-ph
Enhancing Microwave-Optical Bell Pairs Generation for Quantum Transduction Using Kerr Nonlinearity
本文提出一种利用微波模式强Kerr非线性的脉冲SPDC方案，通过脉冲驱动产生单光子对，有效缓解了传统方案中保真度与概率的权衡，在有限非线性和光子损失下实现高保真度Bell对的高概率生成。
2025-05-01 quant-ph
Second order nonlinearity induced multipartite entanglement in a hybrid magnon cavity QED system
我们提出了一个在混合磁振子-腔QED系统中产生两体和三体纠缠的方案。两个宏观的钇铁石榴石（YIG）球通过磁偶极相互作用耦合到单模微波腔中，而腔中的光子是通过泵浦场诱导的双光子过程产生的。利用平均场论，我们证明了在两种情况下，二阶非线性可以导致腔光子与磁振子模之间的强二体纠缠，$δ_c δ_{m}=2g^2$和$δ_c=-δ_{m}$。对于后一种情况，我们也证明了产生两个磁振子模之间的二分纠缠和腔光子与两个磁振子模之间的三分纠缠的可能性。结合这两个条件，我们进一步推导出第三个条件，即，$δ_m^2-ϕ^2+2g^2=0$，其中当两个磁振子模具有不同的共振频率时，可以实现三重纠缠。
2022-06-30 quant-ph
Experimental entanglement swapping through single-photon $χ^{(2)}$ nonlinearity
本研究通过单光子χ(2)非线性波导中的和频产生实现纠缠交换，利用高信噪比宣告器和GHz超快光源，测得保真度下界0.770(76)，超越经典极限，推动长距离量子通信与光子计算发展。
2025-10-27 quant-ph
Single-photon transport in one-dimensional coupled-resonator waveguide with second order nonlinearity coupling to a nanocavity containing a two-level atom and Kerr nonlinearity
研究了在非级联结构下，二阶非线性材料与附加腔耦合的一维波导中的可控单光子散射，其中附加腔中嵌入二能级原子并填充有克尔非线性材料.在考虑二阶非线性耦合的情况下，我们分析了三种不同耦合形式的传输特性：（1）二能级原子被激发时没有克尔非线性;（ii）在没有二能级原子的情况下，克尔非线性被激发。(iii)二能级原子和克尔非线性都被激发。透射和反射振幅的离散坐标方法获得的三种情况。结果表明，三种不同的耦合形式都可以调节光波导的传输特性，表明该方案可以作为单光子开关来控制单光子在一维耦合谐振波导中的传输和反射。我们将结果与[Phys. Rev. A 85，053840（2012）]进行了比较，并发现了优势。
2020-01-16 physics.optics quant-ph
Self-assisted complete maximally hyperentangled state analysis via the cross-Kerr nonlinearity
我们提出了两个完整的最大超纠缠态的分析协议的光子纠缠在偏振和空间模式的自由度。第一个协议是两个光子的超纠缠Bell态分析方案，第二个是三个光子的超纠缠Greenberger-Horne- Zeilinger（GHZ）态分析方案。在每个方案中，一组相互正交的超纠缠基态的交叉克尔非线性和线性光学的帮助下，完全和确定性的歧视。我们还推广了方案，明确地分析了N光子超纠缠GHZ态。与以前的协议相比，我们的方案通过使用测量的空间模状态来辅助偏振状态的分析，大大简化了鉴别过程并降低了对非线性的要求。这些优点使得我们的方案在长距离大容量量子通信中的实际应用非常有用。
2016-01-08 quant-ph
Long-Lived Photon Blockade with Weak Optical Nonlinearity
本文提出一种在弱非线性下实现长寿命光子阻塞（LLPB）的方法，通过四腔耦合配置使单光子格林函数为零，获得超过传统方案的反聚束时间窗口，并有望推动弱非线性单光子源的发展。
2025-07-09 physics.optics quant-ph
Towards 1% single photon nonlinearity with periodically-poled lithium niobate microring resonators
单光子非线性的缺乏一直是发展光频量子光子电路的主要障碍。在本文中，我们展示了一个双极化薄膜锂酸盐微谐振器（PPLNMR），达到5,000,000%/W的二次谐波转换效率-几乎20倍的提高超过国家的最先进的-通过访问其最大的$χ^{(2)}$张量分量$d_{33}$通过准相位匹配。相应的单光子耦合率$g/2π$估计为1.2 MHz，这是一个重要的里程碑，因为它接近社区中开发的最佳可用的锂离子酸盐微谐振器的耗散率$κ/2π$。使用定义为$g/κ$的品质因数，我们的器件达到接近1%的单光子非线性。我们表明，通过进一步缩放的设备，它是可能的，以改善单光子非线性的制度，光子阻塞效应可以体现。
2020-07-15 physics.optics quant-ph
Nonreciprocity via nonlinearity and synthetic magnetism
提出了如何利用非线性效应和合成磁性实现弱输入光场的非互易性。我们表明，光子从线性腔传输到非线性腔（即，非对称非线性光学分子）表现出非互易光子阻断，但没有明显的非互易透射。当一个或两个辅助模耦合到非对称非线性光学分子上产生一个人工磁场时，可以观察到非互易传输和非互易光子阻塞。类似的方法可以用于创建和操纵对称非线性光学分子中光子双向传输的非互易传输和非互易光子阻塞。此外，基于非线性和合成磁原理，设计了具有非互易光子阻塞的光子环行器。非线性和合成磁性的结合为我们提供了实现量子非互易器件的有效途径，例如，非互易单光子源和单光子二极管。
2019-09-26 physics.optics quant-ph
Single-photon blockade in optomechanical photonic crystal cavity with third-order nonlinearity
对弱驱动下具有克尔型非线性的光机械光子晶体腔中的光子统计特性进行了解析和数值分析。通过计算零时延二阶关联函数$g^{(2)}(0)$，证明了单光子阻塞效应。通过求解薛定谔方程得到的解析结果与通过数值求解量子主方程得到的结果完全一致。最先进的设备参数的实验可行性进行了讨论。结果表明，即使在较低的非线性极化率参数和较弱的单光子光机械耦合条件下，系统也能在通信波长处产生光子阻塞，并且对纯退相引起的退相干具有很强的鲁棒性。
2016-12-22 physics.optics quant-ph
Photon-photon quantum phase gate in a photonic molecule with $χ^{(2)}$ nonlinearity
基于光子非线性的光子-光子量子相位门的构建是实现确定性和可扩展性光子量子信息处理的关键。它不仅要求在单光子水平上有很强的非线性相互作用，而且要求抑制相位噪声和光谱纠缠以获得高的门保真度。本文提出，具有强$χ^{(2)}$非线性的高品质因数微腔可以量子化到非简谐能级，有效地作为人工原子处理。这种人造原子具有比光子波长大得多的尺寸，这使得能够与行进的光子进行被动和主动的超强耦合。在光子分子结构中，通过中间人工原子调节光子之间的相位，实现了高保真度的量子相位控制门。该方案避免了双光子辐射，从而消除了光谱纠缠和量子相位噪声。在集成光子芯片上实现人造原子的实验是可行的，它在无单发射极、室温量子信息处理方面具有巨大的潜力。
2019-09-24 physics.optics quant-ph
Photon noise in a random laser amplifier with fluctuating properties
我们研究了光计数的数量波动测量的理想光电探测器照明的光散射在放大无序介质中，低于阈值的随机激光。我们表明，波动的方差和它们的关联函数携带有关介质的波动特性的信息。建立了放大自发发射（ASE）和介质的无量纲电导g的光计数的数量的波动之间的直接联系。我们的研究结果表明，通过分析它们的ASE的统计数据，探测放大无序介质的可能性，而不从外面照射它们的探测光束。
2009-04-23 cond-mat.dis-nn physics.optics quant-ph
Hong-Ou-Mandel Interference with a Single Atom
Hong-Ou-Mandel（HOM）效应被广泛认为是光学中典型的量子干涉现象。在这项工作中，我们研究如何非线性可以涂抹统计光子聚束在HOM干涉仪。我们模型的非线性和平衡分束器与一个单一的两个级别的系统，并计算在这种几何形状中产生的反聚束的有限概率。因此，我们认为，这种非线性的存在会降低在标准的HOM设置的可见性，在许多实验中观察到的HOM可见性的减少提供了一些解释。我们使用相同的模型表明，非线性影响共振双光子传播通过一个两级杂质在波导中由于“弱光子封锁”所造成的不可能的双重占用，并认为这种影响可能是更强的多光子传播。
2015-09-24 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
Boosting photonic quantum computation with moderate nonlinearity
基于光子测量的量子计算（MBQC）是实现容错通用量子计算的重要途径。这项工作的一个核心挑战是使用概率线性光学门构建大型光子集群所需的资源中的巨大开销。虽然强的单光子非线性理想地实现了这种集群的确定性构建，但以可扩展的方式实现是具有挑战性的。在这里，我们探讨了使用适度的非线性（条件相移小于$π$），以提高光子量子计算，并显着降低其资源开销的前景。在我们的计划中的关键元素是一个非线性路由器，优先将光子波包到不同的输出端口，这取决于他们的强度。作为一个相关的例子，我们分析了原子系综中由里德伯阻塞提供的非线性，其中非线性和伴随的损失之间的权衡是很好理解的。我们提出了有效的贝尔测量和GHZ状态的准备协议-这两个关键要素的集群状态的建设，以及CNOT门和量子因子分解。由于大量的纠缠操作涉及容错MBQC，我们的协议已经在适度的非线性提供的成功概率的增加，可以导致所需的资源急剧减少。
2021-03-03 physics.optics quant-ph
Continuously tunable single-photon level nonlinearity with Rydberg state wave-function engineering
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Beijing Automation Control Equipment Institute（北京自动化控制设备研究所）；China Aerospace Science and Industry Corporation（中国航天科工集团）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Wuhan Institute of Quantum Technology（武汉量子技术研究院）
通过Rydberg态波函数工程实现连续可调的单光子非线性，显著提升低能级Rydberg态单光子制备速度，推动Rydberg系统量子操作和电路深度发展。
2025-12-04 physics.atom-ph quant-ph
Prospects for giant optical nonlinearity on a chip
我们指出，个别的有机染料分子，靠近光波导沉积在光子芯片上，可以作为单光子源，也可以提供本地化的，巨大的光学非线性。这种新的原子-光子界面可以作为处理量子信息的资源。
2011-04-19 physics.atom-ph quant-ph
Nonlinear pi phase shift for single fiber-guided photons interacting with a single atom
实现单个光子之间的强相互作用是量子科学和技术的重要研究目标。由于光子不直接相互作用，因此这一目标需要，例如，一种光学介质，其中光经历的相移与光子数成非线性关系。一旦两个光子的额外相移达到π，这种超强的非线性甚至可以直接实现高保真量子逻辑运算。然而，标准光学介质的非线性响应对于这项任务来说太弱了许多数量级。在这里，我们展示了实现基于光纤的非线性，导致额外的双光子相移接近理想值的π。我们的方案采用了回音壁模式谐振腔，接口的光学谐振器，其中存在的一个单一的铷原子在谐振腔中的结果在一个强非线性响应。我们的实验结果表明，这将导致纠缠的初始独立的入射光子。在光纤集成系统中展示这种超强非线性是迈向可扩展量子逻辑的决定性一步。
2014-03-07 quant-ph
Efficient polarization entanglement purification based on parametric down-conversion sources with cross-Kerr nonlinearity
提出了一种基于两个交叉克尔非线性参量下转换源的纠缠纯化方法。它由两个过程组成。第一个是一个初级纠缠纯化协议的PDC源与无损量子非破坏（QND）探测器通过转移光子对的空间纠缠到它们的偏振。此时，QND检测器充当受控非（CNot）门的角色。同时，它们还可以区分出空间模的光子数，为下一步纯化纠缠态提供了一个很好的途径。在纠缠纯化的第二个过程中，新的QND探测器被设计成充当CNot门的角色。该协议具有产率高的优点，并且不需要基于线性光学元件的CNot门，也不需要复杂的单光子探测器，这使得它在实际应用中更加方便。
2008-05-01 quant-ph
