Transverse angular momentum of photons
发展了光束横向角动量的量子理论。该理论适用于真空中的傍轴和准傍轴光子束，并再现了经典光束应用于相干态时的已知结果。计算了光束的坡印廷矢量（即线动量）和角动量量子算符，包括一阶横导数的贡献。这允许正确描述光束中的能量流以及光子的自旋和角动量的自然出现。我们表明，准直光束，轨道角动量算符不满足标准的交换规则。最后，我们讨论了我们的理论在一些具体案例中的应用。
2010-03-04 quant-ph
Transverse coherence of photon pairs generated in spontaneous parametric down-conversion
利用iCCD相机对自发参量下转换产生的下转换光束的相干特性进行了详细的研究。实验结果进行了比较，从一个理论模型开发的高斯横向轮廓的脉冲泵浦。结果允许使用泵浦场和晶体参数来定制信号光子和闲频光子的相关区域的形状。作为一个例子，实验研究了由双峰泵浦场谱引起的关联区分裂。
2010-03-05 quant-ph
Propagation of transverse intensity correlations of a two-photon state
利用分数傅里叶变换，从理论和实验上研究了光子对横向空间相关在任意一阶线性光学系统中的传输。通过自发参量下转换产生了类EPR态的高关联光子对，并受到光学分数傅里叶变换系统的影响。它示出的联合检测概率可以显示相关性，反相关性，或没有相关性，这取决于下转换光子的变换的阶数$α$和$β$的总和。我们给出了完全关联EPR态的传播的解析结果，以及参量下转换产生的双光子态的传播的数值结果。我们发现理论和实验之间的良好协议。
2009-02-10 quant-ph
Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography
已经提出了几种方案来扩展量子密钥分发协议，旨在提高其安全性或为量子比特实现提供新的物理衬底。我们提出了一个工具箱，共同创建，操纵和测量量子比特存储在偏振和横向模式自由度的单光子。该工具箱包括对单个量子位的本地操作，两个量子位之间的受控操作以及四维状态空间中各种非本地基的投影测量。我们描述了如何实现工具箱来执行BB84协议的扩展版本，用于这个希尔伯特空间（理想情况下每个光子传输两个密钥位）。我们提出了实验实施的测量方案，无论是在制度的强光束和单光子。因此，我们展示了实现该协议的可行性，为使用光的偏振和横模作为量子比特的量子信息处理提供了一个有趣的例子。
2013-12-19 quant-ph
Fiber-based photon-pair source capable of hybrid entanglement in frequency and transverse mode, controllably scalable to higher dimensions
我们已经设计并实现了一个光子对源，基于自发的四波混频（SFWM）过程中的少模光纤，在一个几何形状，允许多个，同时SFWM过程，每个与一个不同的组合的横向模式的四个参与波。在我们的来源：i）每个过程都是群速度匹配的，使得通过设计，它几乎是可因子分解的，以及ii）相邻过程之间的光谱分离大于每个过程的边际光谱宽度。因此，每个过程的联合振幅与整个双光子态的每个施密特模式对之间存在直接对应关系。我们的方法允许在离散频率和横向模式的混合纠缠，从而控制所支持的光纤横向模式的数量允许可扩展到更高的维度，而光谱滤波可以用于简单的施密特模式歧视。
2016-05-18 quant-ph
Superresolution imaging of two incoherent sources via two-photon interference sampling measurements in the transverse momenta
本研究针对瑞利判据对非相干源分辨的间距限制，提出利用参考光子与非相干源光子的横向动量双光子干涉采样测量，无需额外光学元件即可实现接近终极量子精度的间距估计，为显微、天文等领域提供超分辨成像新方案。
2024-12-13 quant-ph
Controlling single-photon transport in waveguides with finite cross-section
研究了准一维矩形波导的横向尺寸效应对二能级系统中单光子散射的影响。我们使用基于Lippmann-Schwinger方程的散射形式计算单次入射光子的透射和反射系数。当波导的横向尺寸大于某一临界尺寸时，我们发现横模将参与单光子散射。考虑到与高横模的耦合，我们发现当输入能量大于最大束缚态能量时，最低通道中的光子将丢失到对应于其他横模的另一通道中。预测了三种共振现象：单光子共振、光子费什巴赫共振和截止频率共振。在这些共振下，输入光子被完全反射。
2013-08-02 quant-ph
Transverse spatial and frequency properties of two-photon states generated by spontaneous parametric down-conversion
我们提出了一个详细的帐户由SPDC产生的双光子状态在两种类型I和II的相位匹配，包括非线性介质的各向异性和频率扩展的下转换字段的影响。精确以及简化的表达式推导出的第一型和第二型相位匹配的背景下，傅里叶光学。主要结果与文献中的实验数据进行了比较，在所有情况下显示出良好的一致性。
2008-06-27 quant-ph
Multi-output microwave single-photon source using superconducting circuits with longitudinal and transverse couplings
微波频率下的单光子器件对于微波区域中的量子信息处理和通信的应用是重要的。在这项工作中，我们描述了一个多输出单光子器件的建议。我们考虑两个超导谐振器耦合到一个间隙可调量子比特通过其纵向和横向的自由度。因此，这种量子位-谐振器耦合不同于Jaynes-Cummings模型描述的标准电路量子电动力学系统中的耦合。我们证明了一个有效的二次耦合之间的正常模式和量子比特可以诱导，这种诱导的二阶非线性比传统的克尔型系统表现出光子封锁大得多。假设耦合简正模是共振驱动的，我们观察到从谐振腔的输出场表现出很强的亚泊松光子数统计和光子反聚束。与以前对共振光子封锁的研究相反，我们的器件的第一激发态是纯单光子Fock态而不是极化激元态，即，一种高度杂化的量子比特光子态此外，还发现强量子比特非线性效应引起的光态截断会导致两个谐振腔之间的纠缠，即使在马尔可夫近似下处于稳态时也是如此.
2016-12-29 quant-ph
Stable Mode Sorting by Two-Dimensional Parity of Photonic Transverse Spatial States
本文描述了一种基于离面Sagnac干涉仪的二维光横空间态奇偶性模式分选器。根据所讨论的模式的二维奇偶性，厄米-高斯（HG）和拉盖尔-高斯（LG）模式都可以被引导到两个输出端口中的一个。我们的干涉仪排序HG_nm输入模式取决于他们是否有偶数或奇数阶n+m;它等价地排序LG模式取决于他们是否有一个偶数或奇数值的轨道角动量。它在单光子水平上有效地发挥作用，因此可以用于对单光子状态进行分类。由于这种类型的干涉仪与Mach-Zehnder类型的干涉仪相比具有固有的相稳定性性，因此它为量子信息处理的目的提供了用于操纵和过滤高阶横向空间模式的有前途的工具。例如，几个类似的Sagnacs级联在一起，可以允许第一次，一个真正的单光子状态的轨道角动量的稳定测量。此外，作为众所周知的全息技术的替代方案，可以使用Sagnac结合多模光纤作为空间模式滤波器，其可以用于产生空间模式纠缠贝尔态和任意一阶（n+m=1）空间状态中的预示单光子，覆盖一阶横模的整个庞加莱球。
2008-10-14 quant-ph
Manipulating the symmetry of transverse momentum entangled biphoton states
Bell态是光子量子信息处理的基本资源。这些状态已经在许多光子自由度上成功地产生。然而，它们在动量空间的操纵仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一个计划，工程的对称性的双光子纠缠在横向动量自由度，通过使用空间可变相位对象。我们演示了如何构造一个Hong-Ou-Mandel干涉仪，通过光子“聚束”/“反聚束”观测来验证动量纠缠的对称性。我们还展示了这种方法如何允许生成的状态下，获得一个任意阶段的交换操作。
2022-05-12 quant-ph
Transverse Entanglement Migration in Hilbert Space
我们表明，虽然在自由空间中传播的光子的相互纠缠量是固定的，光子之间的相关性，确定纠缠的类型可以显着改变在传播过程中。我们表明，这相当于在希尔伯特空间，而不是真正的空间中的纠缠迁移。对于自发参量下转换的情况下，纠缠在横向坐标的迁移发生从模到相位的双光子状态，并再次返回。我们提出了一个实验来观察希尔伯特空间中的这种迁移，并确定充分的纠缠。
2007-04-18 quant-ph
Ultrasensitive Transverse Deflection Measurement with Two-photon Interference
本研究提出并实验演示了一种空间 HOM 干涉技术，通过横向动量采样测量光束横向偏转，利用 Fisher 信息分析确定最佳工作点，规避了衍射极限下的直接成像分辨率要求，实现了高精度空间传感。
2025-04-06 quant-ph
On-chip transverse-mode entangled photon pair source
集成纠缠光子对源是量子信息科学基础研究和实际应用的重要资源。目前已经有多种类型的纠缠，其中横模纠缠因其独特的优点而备受关注。本文报道了一种利用多模硅波导中的自发四波混频过程实现的片上横模纠缠光子对源。在$\sim$ 2~THz带宽内的多个频率通道上验证了横模光子对的存在，并产生了净保真度为$0.96\pm0.01$的最大纠缠Bell态.我们的纠缠光子对源是基于横模的量子光子学的关键元件，也有可能扩展到高维希尔伯特空间。此外，横模纠缠可以相干地转换为路径和偏振纠缠，这为实现多自由度的高复杂度量子光子电路铺平了道路。
2019-01-17 physics.optics quant-ph
Momentum-entangled two-photon interference for quantum-limited transverse-displacement estimation
本文提出利用偏振纠缠光子对的横向动量采样干涉估计横向位移，使精度随横向动量差提升并达到量子极限，且与位移大小无关。
2025-03-17 physics.optics quant-ph
Fast imaging of multimode transverse-spectral correlations for twin photons
超纠缠光子态-在几个自由度上表现出非经典相关性-提供了量子光通信和计算方案的改进性能。在实验上，超纠缠的横向波矢和光谱模式可以得到一个简单的方式与多模参量单光子源。然而，这种状态的实验表征仍然具有挑战性。不仅需要具有高空间分辨率的单光子检测-单光子相机-，而且还需要合适的模式转换器来观察光谱/时间自由度。我们实验证明了一个完整的4维横向波矢光谱之间的相关性的测量产生的光子对的非共线自发参量下转换（SPDC）。利用定制超快单光子相机可提供高分辨率和短测量时间。
2021-06-18 physics.optics quant-ph
Configurable spatio-temporal properties in a photon-pair source based on spontaneous four wave mixing with multiple transverse modes
我们提出了一个实验和理论研究的自发四波混频（SFWM）产生的光子对，双折射相位匹配的基础上，在光纤中支持一个以上的横模。我们目前的SFWM光谱，通过单通道和符合光子计数，表现出多个峰值在这里所示的多个SFWM过程与不同的组合的横模的泵浦，信号和空闲波的结果。
2014-05-20 physics.optics quant-ph
Transverse Confinement of Photon Position in Light-Atom Interaction
在光脉冲原子干涉测量中，原子积累的相位依赖于被吸收光子的有效波矢。本文提出了一种分析结构光中光子有效波矢的理论模型。对于单色光场，横向约束会导致衍射。提出了在光与原子相互作用中，原子的波函数也可以提供一个横向限制，从而影响被吸收光子的有效波矢。计算了具有高斯波函数的原子吸收高斯光束束腰处的一个光子时，光子有效波矢的相对位移。在基于光脉冲原子干涉的高精度实验中，这种位移可能导致与原子空间分布相关的系统效应。
2020-06-05 physics.atom-ph quant-ph
Mode analysis of higher-order transverse-mode correlation beams in turbulent atmosphere
在自发参量下转换过程中，由于泵浦光的角谱向双光子态的转移，产生的双光子在厄米-高斯（HG）模中纠缠。这使得人们能够使用HG模式作为量子通信的字母表。为了实现全球量子通信，考虑到湍流大气的影响，我们推导出了双光子探测概率的解析表达式。我们的结果是更一般的，因为它占的传播，信号和闲置光子通过大气，而不是其他作品考虑的光子在真空中的传播。我们表明，虽然由于在大气中传播时模式之间的串扰，对下转换HG场的奇偶性和顺序的限制不再成立，但串扰是不均匀的：有更强大的模式，往往会保持光子在其中。这些模式可以用来提高量子通信的保真度。
2016-07-18 quant-ph
Ultrabroadband nonreciprocal transverse energy flow of light in linear passive photonic circuits
利用一种类似于原子系统中相干布居捕获的技术，我们提出了在由三个耦合波导组成的光子电路中创建违反左右对称性的横向光传播的方案。左右能量流对称性破缺的频率窗口跨度超过80 nm。我们提出的系统只使用线性无源光学材料，易于集成在芯片上。
2013-11-01 physics.optics quant-ph
Electro-Optic Effect Explanation with Quantum Photonic Model
本文用量子光子模型（QPM）解释了横向电光效应。该模型通过阿秒区的光子-电子相互作用解释了这种效应。本文用蒙特卡罗方法在时域内模拟了光在波导中传输时分子和晶体上的外加电场。我们展示了当横向电场作用在波导上时，波导对不同波长的光信号的响应。
2007-05-09 quant-ph
Spatial correlations of photons interacting via transverse Rydberg blockade
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；University of Bonn（波恩大学）
该研究建立里德伯非线性介质中相互作用光子的横向空间动力学理论，推导关联函数定量预测，确立横向里德伯阻塞为可测量关联机制，为测量阻塞半径提供直接手段。
2026-09-02 physics.atom-ph quant-ph
Transverse mode-encoded quantum gate on a silicon photonic chip
正交横模作为集成光子电路中的一个重要自由度，为经典和量子信息处理提供了一种灵活的提高通信能力的途径。为了构建大规模的片上多模多自由度量子系统，需要一个横模编码的受控非门（CNOT）。在这里，我们通过在硅光子芯片上设计和集成横向模式相关的定向耦合器和衰减器，首次实现了双量子比特量子门的多模实现。借助于态制备和分析部分，我们证明了该门能够纠缠两个分离的横模量子比特，平均保真度为$0.89\pm0.02$，在量子非局域性验证中实现了10个标准偏差的违反。此外，从用于完全表征CNOT门的量子过程层析成像获得了$0.82\pm0.01$的保真度。我们的工作为普遍的横模编码量子操作和大规模多模多自由度量子系统铺平了道路。
2021-11-08 physics.optics quant-ph
Manipulation of single-photon states encoded in transverse spatial modes: possible and impossible tasks
在利用高于二维编码的许多量子信息任务中，以其空间自由度编码的光子状态的受控生成和操纵是至关重要的成分。在这里，我们证明了不可能任意修改$d$ -水平状态叠加（Qu $d$其）为$d>2$，编码在光的横模，与相关的辛变换（高斯运算）组的光学组件。令人惊讶的是，我们还提供了一个明确的建设如何非高斯操作模式子空间的作用，使克服限制$d=2$。此外，这组操作实现了完整的SU（3）代数。
2008-02-11 physics.optics quant-ph
Quantum-coupling between closely-spaced surfaces via transverse photons
给出了近距离表面间能量转移的量子力学公式。两个表面之间的耦合来自于涉及横向光子交换的原子偶极-偶极相互作用。共振时的光子交换增强了辐射传递。两个表面之间的相互作用，分开的间隙，被发现是依赖于几何形状，材料，频率，偶极子，和温度因素，以及一个辐射隧穿因子的倏逝波。导出的几何项具有间隙间距（距离）依赖性，其与体样品的二次幂成反比地变化，与量子阱-量子阱情况的四次幂成反比。净功率传输的表达式，在近场制度，在这种情况下，从热到冷的表面给出和评估的代表性材料。
2006-10-16 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Amplified and tunable transverse and longitudinal spin-photon coupling in hybrid circuit-QED
我们描述了一种方法来调整，在原位，在横向和纵向之间的光-物质耦合的混合电路QED器件组成的电子自旋自由度耦合到微波传输线腔。我们的方法依赖于耦合本身的周期性调制，使得在特定帧中，相互作用既被放大，又被横向放大，或者通过在两个频率下调制而被纵向放大。前者实现了一个有效的模拟的某些方面的超强耦合制度，而后者允许一个实施纵向读出方案，即使当固有的哈密顿量是横向的，和个人的自旋或腔频率不能改变。我们分析了使用这样的计划来测量电子自旋自由度的状态的保真度，并认为纵向读出计划可以在传统的色散方法失败的制度。
2017-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Methods for transverse and longitudinal spin-photon coupling in silicon quantum dots with intrinsic spin-orbit effect
本研究针对容错架构全尺寸量子计算机的可扩展长程量子比特相互作用需求，提出利用SiMOS量子比特本征自旋轨道相互作用的自旋-光子耦合方法，证实横向方案可实现强耦合，评估了纵向耦合可行性，无需外部微磁体，助力大规模量子计算集成。
2023-08-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Transverse distinguishability of entangled photons with arbitrarily shaped spatial near- and far-field distributions
非线性晶体中自发参量下转换产生的纠缠光子具有复杂的空间光子数分布。这种分布的定量描述有助于解释依赖于这种结构的实验。我们开发了一个理论模型和相应的数值计算，其中包括相位匹配和晶体特性的影响，以描述在双光子实验中的广泛的空间效应。对选定的分析近似的数值计算进行了测试。此外，我们进行了双缝实验，其中我们测量了可见度V和可分辨度D，并获得了$D^2 + V^2 = 1.43$。数值模型准确地预测了这些实验结果。
2014-09-24 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
