Sorting quantum systems efficiently
测量量子系统的状态是量子力学中的一个基本过程，在量子信息和量子技术中起着至关重要的作用。测量量子可观测量的一种方法是根据测量值将系统分类到不同的空间模式中，然后在每个模式上使用单粒子探测器。量子分选器的例子是偏振分束器（PBS）-根据光子的偏振引导光子-和Stern-Gerlach设备。本文提出了一种根据任意$d$维自由度（如自旋、轨道角动量、波长等）的大小对量子系统进行排序的一般方案，该方案具有普适性，工作在单粒子水平，理论效率为100%.作为一个应用，我们设计了一个有效的OAM分选机组成的一个单一的多路干涉仪，这是适合于光子芯片的实现。
2016-05-04 physics.optics quant-ph
Polarization-orbital angular momentum duality assisted entanglement observation for indistinguishable photons
本研究利用参量下转换产生的不可区分光子的偏振与轨道角动量（OAM）变量，演示了全同粒子纠缠的对偶性，提出了对偶辅助的纠缠观测方法，可验证量子不可区分性在信道中的保持，为分布式量子传感和远程纠缠生成提供研究基础。
2021-04-23 quant-ph
Dove prism in single-path Sagnac interferometer for orbital-angular-momentum photon states
轨道角动量自由度是高维量子信息处理中的重要资源，因为轨道角动量的量子数可以是无穷大。Dove棱镜（DP）是操纵OAM光的最常见工具，例如在干涉仪中。然而，Dove棱镜不能保持光子态的偏振，降低了干涉仪的分选保真度。在这项工作中，我们分析了单路Sagnac干涉仪的DP偏振相关的影响。研究结果对利用OAM光进行量子信息处理具有指导意义。提出了一种改进的单路分束Sagnac干涉仪（BSSI），其分选保真度与输入偏振无关，原则上可以达到100%。单路BSSI是稳定的自由运行。这些优点在量子信息处理中是至关重要的，例如量子密码学。
2017-06-14 quant-ph
Entanglement of Polarization and Orbital Angular Momentum
利用电磁场的两个重要自由度，即轨道角动量和自旋角动量，研究了双光子纠缠态。对于在相同方向上传播的光子，我们应用$\textit{entanglement duality}$的思想，并开发基于OAM或偏振的方案来进行$\textit{entanglement sorting}$。在每种情况下，纠缠都是使用适当的证人进行测试的。最后，我们将这些想法推广到三光子和四光子纠缠态。
2015-02-06 quant-ph
Orbital Angular Momentum Generation in Schwinger Scattering from Perfect Quartz
研究热中子在完美石英晶体内的自旋到轨道角动量转换，通过计算布拉格和劳厄衍射波函数并开展热中子实验验证了理论结果。
2025-06-27 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
Multiplexing heralded single-photon in orbital angular momentum space
先驱单光子源（HSPS）以其独特的单光子纯度和稳定性成为光子量子信息处理的重要光源。在这里，我们第一次提出了一个理论制度，以提高预示单光子产生的多路复用的自由度的轨道角动量（OAM）的下转换的纠缠光子对从非线性晶体发射。在实验上，通过复用三种OAM模式进行了原理验证实验。我们在单光子速率下实现了47 $\%$的增强。二阶自相关函数$g^{(2)}(0)<0.5$确保了我们的多路复用预示的单光子具有良好的单光子纯度。我们进一步指出，通过在OAM空间中产生高维纠缠态并对其进行高效排序，可以构造出高质量的OAM复用HSPS。我们的方法可以接近一个好的具有确定性的HSPS。
2019-07-02 physics.optics quant-ph
Transmission of optical communication signals through ring core fiber using perfect vortex beams
本文实验研究了完美涡旋光束和 Laguerre-Gaussian 光束在环芯光纤中的生成与传输特性，发现完美涡旋光束能减小环半径变化并耦合更高光功率，从而降低通信链路功率要求，为高维量子通信奠定基础。
2023-09-13 physics.optics quant-ph
Quantum Multiplexing with the Orbital Angular Momentum of light
光子的轨道角动量OAM为携带多个用户的量子数据提供了合适的支持。我们提出了两种新颖的光学设置，通过相同的自由空间光链路发送n个量子通信方的信息。这些量子比特可以同时发送，并且共享路径，波长和偏振而不受干扰，从而增加了系统的通信容量。第一种解决方案是量子位组合器，将n个通道合并到同一个链路中，传输n个独立的光子。第二种解决方案，OAM复用器，使用CNOT门将n个光通道的信息传输到单个光子。多路复用器电路的其他应用，如量子算术，以及连接到OAM排序进行了讨论。
2009-01-29 quant-ph
Optical Memory for Arbitrary Perfect Poincaré States in an Atomic Ensemble
针对非对称庞加莱态因空间模式差异难以存储的问题，该研究利用完美光学涡旋在原子系综中实验实现任意 OAM 量子数的完美庞加莱态高保真光学存储。
2023-07-11 physics.optics quant-ph
Engineering of orbital angular momentum spectrum of down-converted photons with mode-invariant pump
本文研究了参量下转换过程中光子的轨道角动量谱。我们研究了泵浦模式的横向轮廓如何影响光谱相比，高斯泵浦光束。结果表明，采用理想涡旋模作为泵浦光，可以使光谱得到很大的压缩。在轨道角动量基下，我们进一步研究了两个下转换光子之间的纠缠。我们观察到，纠缠在拉盖尔-高斯模式的光子表现出更大的高维纠缠。
2019-05-07 physics.optics quant-ph
Engineering entangled photons for transmission in ring-core optical fibers
通过在结构光纤中进行空分复用，可以增加光通信信道的容量。径向芯光纤允许扭曲光的传播-轨道角动量的本征模，这在高维量子信息中引起了相当大的关注。在这里，我们研究的纠缠光子，是量身定制的耦合到环形芯光纤的产生。我们发现，通过泵浦具有轨道角动量$\ell$的完美涡旋模式的非线性晶体，而不是高斯模式，可以增加由参数下转换产生的光子对的耦合接近三倍。此外，双光子轨道角动量谱具有几乎恒定的形状。这为量子态工程提供了一个有趣的场景，因为利用完美涡旋模式的叠加来泵浦晶体可以与环芯光纤的模式过滤特性结合使用，以产生简单且有趣的量子态。
2021-09-07 physics.optics quant-ph
General U(4) gate for photon polarization and orbital angular momentum
我们研究了在光子自旋极化和光子轨道角动量两个态的希尔伯特空间中，由CNOT门和单量子比特幺正门组成的任意U（4）门的实现。我们的方案比最近提出的使用q板的方案有所改进，因为保真度仅受损耗的限制，因此原则上它可以用于实现完美的变换。
2010-12-13 quant-ph
Single Plane Spatial Mode Sorter
Tel-Aviv University（特拉维夫大学）
本文提出一种单平面设备，可高效分离多种空间模式，包括Hermite-Gaussian、Laguerre-Gaussian等，且交叉干扰极低，适用于经典和量子光应用。
2026-04-15 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Bell state analysis using orbital angular momentum and path degrees of freedom
本研究提出利用轨道角动量和路径自由度实现完美贝尔态分析，通过超纠缠提升成功概率至100%，为高性能量子信息处理提供新方案。
2025-11-21 quant-ph
Orbital angular momentum modes of high-gain parametric down-conversion
具有轨道角动量（OAM）的光束是量子信息的方便载体。它们还可用于赋予颗粒旋转运动并在成像中提供高分辨率。由于参量下转换（PDC）中OAM的守恒性，在低增益下产生的信号光子和闲频光子具有完全反相关的OAM值。研究高增益PDC的OAM特性是有趣的，其中相同的OAM模式可以填充有大量但相关的光子。在这里，我们研究了高增益PDC的OAM谱，并表明OAM模式的内容可以通过改变泵浦功率和源的配置来控制。在我们的实验中，我们使用的源由两个非线性晶体分开的空气间隙。我们讨论了这个源发出的PDC辐射的OAM特性，并提出了可能的修改。
2016-12-21 quant-ph
Local Space-Time Curvature Effects on Quantum Orbital Angular Momentum
本文认为，局部时空曲率对量子力学中轨道角动量的性质有重要的贡献。关键的重要性是证明，一个扩展的轨道角动量运营商由于引力可以识别存在的轨道状态与半整数投影量子数“m”沿量子化轴，而仍然保持整数值轨道量子数“l”的简单连接的拓扑结构。深入探讨了这种可能性的后果，注意到当局部弯曲的时空减少到平坦的时空时，半整数“m”状态会根据需要消失，在这个极限下完全恢复了轨道角动量的所有既定属性。特别是，它表明，“l = 2”的最小轨道数是必要的引力相互作用出现在这种情况下，在完美的对应关系与自旋2性质的线性化广义相对论。
2011-04-01 gr-qc hep-th quant-ph
On the neutron orbital angular momentum: Has it actually been demonstrated?
本文指出[1]中关于检测到中子轨道角动量（n-OAM）的解释有误，仅基于动力学中子衍射理论即可完美复现其干涉图，无需假设额外的n-OAM。
2023-09-07 quant-ph
Generation of four-dimensional hyperentangled N00N states and beyond with photonic orbital angular momentum and detection-basis control
光子模式的超纠缠是量子信息处理和量子通信中的宝贵资源。在这里，我们提出了一个新的协议，使用两个光学非线性的干扰和控制的预示（检测）的基础上的轨道角动量自由度。这种设置能够产生至少在四维中最大和超纠缠的状态。四维情况下的结果态是所谓的N 00 N态（量子光学中众所周知的最大路径纠缠态）的推广。这种状态的产生至少在理想情况下是“完美的”（换句话说，无噪声），排除实验缺陷。所提出的设置是非常通用的，并且通过控制检测和泵送协议，可以搜索任意大维度的非常大的参数空间以获得其他感兴趣的状态。此外，我们提出了具体的情况下，展示了如何从两个，到三个，到四个维度的状态可能会调整-这可能是进一步的理论和实验的兴趣。
2021-08-30 quant-ph
Quantum Key Distribution Using Multiple Gaussian Focused Beams
由自由空间QKD系统在{ \em近场}传播机制（与使用$\approx 7$ cm半径发射和接收孔径以及$1.55~μ$ m发射中心波长的$10$ km范围相关）中获得的秘密密钥速率可以受益于多个空间模式的使用。近年来的一系列理论研究已经建议使用轨道角动量（OAM）轴承光的空间模式来获得这种速率的提高。我们表明，上述的空间模式复用提供的近场速率的提高，可以实现由一个简单的建立重叠高斯光束阵列（OGBA）和像素化的检测器阵列。利用当前最先进的OAM模式排序效率，我们的OGBA架构的密钥速率性能可以非常接近（如果不是超过的话）采用OAM模式的系统的密钥速率性能，但成本只是其一小部分。
2016-10-13 quant-ph
Observation of Ground and Excited Flat Band States in Graphene Photonic Ribbons
理解波的输运和局域化是研究不同性质晶格的主要目标。一般来说，在一个完美的周期性和无无序系统上抑制能量传输是具有挑战性的，然而，由于能谱中存在无色散（平坦）带，一些特定的晶格几何形状允许局部化。在这里，我们报告的实验实现的准一维光子石墨烯带支持四个平带。我们研究的基本模式和偶极模式，这是类似的s和p轨道，分别的动力学。在实验中，两种模式（轨道）有效地相互解耦，这意味着两组六个带，其中两个是完全平坦的。使用图像发生器设置，我们激发的s和p平带模式，并首次展示其无衍射传播。我们的研究结果打开了一个令人兴奋的路线光子仿真更高的轨道动力学。
2017-09-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
