A chip-scale, telecommunications-band frequency conversion interface for quantum emitters
我们描述了一个芯片级，低噪声操作的频率转换接口，在常见的单光子发射器所需的波长设计。氮化硅波导中的四波混频布拉格散射被用于证明在980 nm和1550 nm波长区域之间的频率上转换和下转换，在低连续波输入泵浦功率（<50 mW）下，信号与背景水平>10并且转换效率约为-60 dB。有限元模拟和分步傅立叶方法表明，在现有的几何结构中，大约10 W的增加的输入功率（例如，由放大的纳秒脉冲产生）将导致> 25%的转换效率。最后，我们提出了波导设计，可用于连接较短波长（637 nm至852 nm）的量子发射器与1550 nm。
2013-09-06 physics.optics quant-ph
Low-Noise Cascaded Frequency Conversion of $637.2$ nm Light to the Telecommunication C-Band in a Single-Waveguide Device
针对量子网络状态转导需求，提出基于单泵浦周期极化铌酸锂波导的两步转换器件，实现金刚石NV色心簇637.2 nm荧光到电信C波段1559.6-1565.2 nm可调波长的低噪声差频转换，外部/内部效率达3.0±0.1%/20.5±0.8%。
2025-02-20 physics.optics quant-ph
A Pure and indistinguishable single-photon source at telecommunication wavelength
按需单光子源在电信波长处发射纯的和不可区分的光子，是部署基于光纤的量子网络的关键资产。事实上，单光子可以作为飞行量子比特，允许长距离的量子信息通信。嵌入GaAs中的自组装InAs量子点构成了高质量单光子的优良的几乎确定性源，但是绝大多数源在900-950 nm波长范围内工作，排除了它们在量子网络中的采用。在这里，我们提出了一种量子频率转换方案，用于将单光子从量子点转换到电信C波段，大约1550 nm，实现40.8%的端到端效率，同时保持高纯度和高程度的不可分辨性在转换过程中与测量值的$g^{(2)}(0)=2.4\%$和$V^{\text{corr}}=94.8\%$，分别。
2022-01-07 quant-ph
High-efficiency telecom frequency conversion via a diamond-type atomic ensemble
本文在冷87Rb系综中利用金刚石型四波混频实现795 nm到1367 nm的高效电信频段频率转换，效率达66%和80%，并证明其有望用于长距离量子通信。
2025-06-04 quant-ph
Quantum frequency conversion to telecom of single photons from a nitrogen-vacancy center in diamond
本文报道了金刚石中氮空位缺陷发射的单光子向电信波长的转换。通过差频产生，我们将与相干NV零声子线相关的637 nm处的自旋选择光子转换为L电信波段的1588 nm的目标波长。成功的转换证明了时间分辨检测揭示电信光子寿命相同的原始637 nm的光子。此外，我们表明，通过二阶相关测量的单光子统计被保存。这种一步转换的整体效率达到17\%，在我们目前的设置，随着$\approx$ 7的信噪比，尽管低概率$(< 10^{-3})$的入射637 nm的光子。这一结果显示了有效的电信光子- NV中心接口的潜力，并标志着未来基于远程纠缠的量子网络的重要一步。
2018-06-22 quant-ph
Quantum telecommunication based on atomic cascade transitions
提出了一种具有长寿命原子存储的通信波长量子中继器，并利用冷原子系综对它的关键元件进行了实验验证。通过原子级联发射，产生1530 nm和780 nm光子的纠缠对。前者是长距离量子通信的理想选择，后者自然适合映射到长寿命的原子存储器。加上我们之前演示的光子到原子量子比特转换，拟议的电信量子中继器的两个基本要素现在都已经实现。
2006-01-10 quant-ph
Two-step frequency conversion for connecting distant quantum memories by transmission through an optical fiber
远距离量子通信需要遥远的量子存储器之间的纠缠。为此，光子传输是连接遥远的记忆所必需的。在这里，我们首次开发了两步变频过程（从可见光波长到电信波长并返回），涉及使用独立的双频转换介质，其中目标量子存储器是金刚石中的氮空位中心（具有637.2nm的发射/吸收波长），并且实验地表征作用于来自衰减的CW激光器的光的该过程的性能。实现了约7%的总转换效率。测量了频率转换过程中产生的噪声，并估计了氮空位（NV）中心发射的单光子信号的信噪比。所开发的频率转换系统具有未来的应用，通过长光纤信道在电信波长的量子中继器网络的传输。
2018-05-01 quant-ph
Ultranarrow-Band Photon Pair Source Compatible with Solid State Quantum Memories and Telecommunication Networks
我们报道了一个由广泛非简并腔增强自发下转换产生的超窄带光子对源。该源被设计为与Pr3+固态量子存储器和电信光纤兼容，信号和空闲光子分别接近606 nm和1436 nm。两个光子的光谱带宽都在2 MHz左右，与掺杂Pr3+的量子存储器的带宽相匹配。该源非常适合涉及固态量子存储器的长距离量子通信架构。
2013-04-25 quant-ph
Enhancement of spin-to-charge conversion of diamond NV centers at ambient conditions using surface electrodes
针对金刚石NV色心光学自旋对比度限制性能的问题，提出结合自旋-电荷转换与表面电极的高对比度读取新机制，理论预测室温下对比度达42%，为相关研究开辟新路径。
2022-09-28 quant-ph
C-band single photons from a trapped ion via two-stage frequency conversion
基于光纤的量子网络需要电信波长的光子来连接长距离分离的量子比特。被捕获的离子是量子网络的主要候选者，具有高保真度的双量子比特门，长相干时间，以及容易发射与离子内部量子比特状态纠缠的光子的能力。然而，捕获的离子通常发射与电信光纤不兼容的波长的光子。在这里，我们展示了可见光光子的频率转换，从S-P偶极跃迁的被困的Ba+离子，到电信C波段发射。这些结果是实现长距离捕获离子量子互联网的重要一步。
2022-02-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Efficient readout of a single spin state in diamond via spin-to-charge conversion
固态中与类原子杂质相关的单个电子自旋的有效读出对于量子信息处理和量子精密测量中的应用是必不可少的。我们提出了一种新的方法，有效地读出金刚石中的氮空位（NV）中心的自旋。该方法是基于转换的NV的电子自旋状态的电荷状态分布，然后由单次拍摄读出的电荷状态。转换是通过室温下金刚石中的自旋相关光电离过程实现的。在纳米制造的金刚石光束中使用NVs，我们证明了所得到的自旋读出噪声在自旋投影噪声水平的三个因子内。这种技术的纳米磁传感的应用进行了讨论。
2014-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Frequency Conversion of Single Photons from a Tin-Vacancy Center in Diamond
本文针对金刚石锡空位中心619 nm光子与电信波段不兼容的问题，演示了利用KTA晶体腔增强量子频率转换将其转换至1480 nm S波段，并验证了单光子级转换的可行性，为城域光纤量子网络奠定基础。
2025-09-01 quant-ph
Pulsed Sagnac source of polarization-entangled photon pairs in telecommunication band
我们报道了一个在1550 nm通信波段的偏振纠缠光子对源，它是基于皮秒脉冲泵浦的周期性极化的LiNbO_3晶体中的非共线自发参量下转换。该源是利用基于偏振的Sagnac干涉仪实现的，该干涉仪采用0型非共线准相位匹配配置。通过测量可见度>96%的偏振相关干涉条纹和检验贝尔不等式的Clauser-Horne-Shimony-Holt（CHSH）形式的实验违反，验证了偏振纠缠。CHSH-贝尔参数S被发现是2.72 \pm 0.04，与18个标准偏差的统计不确定性。
2019-03-30 quant-ph
Towards a quantum interface between telecommunication and UV wavelengths: design and classical performance
我们提出并表征了通信波长（1311 nm）和Yb-偶极跃迁（369.5 nm）之间的量子接口基于PPKTP波导中的二阶和频过程。使用经典明亮的光示出了高于5%（10%）的外部（内部）转换效率。
2016-01-25 physics.optics quant-ph
Quantum interface for telecom frequency conversion based on diamond-type atomic ensembles
提出基于铷原子菱形四波混频的电信频段量子频率转换接口，证明其可在795 nm与1367/1529 nm间高保真、高纯度地保持多种光子自由度编码的量子信息与纠缠。
2024-01-18 quant-ph
Coherent frequency bridge between visible and telecommunications band of vortex light
在量子通信中，涡旋光子可以编码高维量子态，构建高维通信网络（HDCN）。连接不同波长的接口在HDCN中是重要的。我们在非线性块体晶体中通过差频转换构建了一个用于HDCN的相干轨道角动量（OAM）频率桥。当拓扑荷数为0、1和2时，在单谐振腔条件下，从可见光到红外的最大量子转换效率分别为36%、15%和7.8%.使用量子态层析术获得的拓扑电荷1的下转换红外OAM态的平均保真度为96.51%。我们还证明了OAM是保守的，在这个过程中，通过测量可见光和红外干涉图案。这种相干OAM频率下转换桥代表了两个以不同光谱操作的高维量子系统之间的接口的基础。
2017-09-26 physics.optics quant-ph
Extracting an entangled photon pair from collectively decohered pairs at a telecommunication wavelength
实验证明了利用通信波段的光子进行光纤量子通信的纠缠提取方案。利用自发参量下转换产生了780 nm和1551 nm的两对非简并偏振纠缠光子，并通过一个集体相位阻尼通道对这两个1551 nm的光子进行了分配，使两个光子产生相同的随机相移.通过局域操作和经典通信，我们从两个相位扰动光子对中提取出一个纠缠光子对。观察到的提取的光子对的最大纠缠光子对的保真度为0.73 $\pm$ 0.07，这清楚地示出了纠缠的恢复。
2015-03-10 quant-ph
Two-stage, low noise quantum frequency conversion of single photons from silicon-vacancy centers in diamond to the telecom C-band
本研究针对金刚石硅空位中心单光子需适配长距光纤网络的需求，提出两阶段差频混合的低噪声量子频率转换方案，实现到电信C波段的高效转换并保留光子统计特性。
2023-07-21 physics.optics quant-ph
A two-way photonic interface for linking Sr+ transition at 422 nm to the telecommunications C-band
我们报道了一个单级双向接口，能够连接Sr+囚禁离子量子比特在一个长距离的量子网络。我们的接口在422 nm的Sr+发射波长和电信C波段之间转换光子，以实现光纤上的低损耗传输。我们已经实现了在单光子水平上的上转换和下转换，效率分别为9.4%和1.1%。此外，我们还证明了噪声水平足够低，可以在未来进行真正的量子操作。
2018-10-15 quant-ph
Spin-to-Charge conversion with electrode confinement in diamond
金刚石中的氮空位中心在量子精密测量、通信和计算等领域有着广泛的应用前景。其使用的关键在于光学自旋对比度有多大以及自旋态读出的相关保真度。在本文中，我们提出了一种新的机制，提高对比度的自旋-电荷协议，依赖于使用外部电极和低温温度离散的金刚石导带自旋选择性共振光电离。我们使用有效质量理论来计算在这个新系统中的离散本征能，并使用它们来制定一个新的自旋到电荷协议，涉及到共振光电离出NV基态到金刚石导带。拓宽的主要来源也得到解决，指导实验的设计。通过这种机制，我们理论上的光学自旋对比度和相关的自旋读出保真度为85%。这一重大改进可以应用于许多低温量子技术。
2021-08-20 physics.optics quant-ph
Spectral noise in quantum frequency down-conversion from the visible to the telecommunication C-band
本文详细研究了基于差频产生的可见光-电信光子频率转换器的噪声特性。该器件使用930 nm的强泵浦激光，在周期性极化的锂离子酸盐脊波导中将580 nm的光子转换为1541 nm。在泵浦功率为250 mW时，器件效率最高可达46%（内效率为67%）.详细研究了抽运激光器产生的噪声，记录了在电信和可见光区的噪声谱，并测量了噪声率的功率依赖性。电信中的噪声频谱非常宽，正如以前对类似DFG转换器的工作所预期的那样。然而，我们也观察到电信频谱中的几个狭窄的下降，在580 nm噪声频谱中出现相应的峰值。这些特点的解释和频率产生的电信噪声的波长由波导中的不同空间模式的相位匹配条件。建议的噪声模型是在良好的协议与所有的测量数据，包括功率依赖的噪声率，无论是在可见光和电信制度。这些结果适用于泵浦激光波长在输入和目标波长之间的DFG转换器。
2019-02-07 physics.optics quant-ph
Storage and retrieval of heralded telecommunication-wavelength photons using a solid-state waveguide quantum memory
大规模量子网络将使用波长相同的光子，通过光纤通道在远程测量、存储和处理节点之间交换量子信息。与双波长光子兼容的量子存储器是构建这种量子网络的关键要素。在这里，我们展示了使用固态波导量子存储器的存储和检索预示着1532 nm波长的光子。预示的光子是来自光子对源，是基于参数下转换，和我们的量子存储器是基于6 GHz带宽的原子频率梳使用低温冷却的掺铒锂铌酸盐波导的非均匀加宽的吸收线制备。使用不同的磁场下的持续光谱烧孔，我们确定的存储器是由人口转移到铌和锂核自旋水平。尽管存储时间和效率有限，但我们的演示代表了在电信频段运行的量子网络和使用行业标准晶体开发片上量子技术的重要一步。
2018-04-16 quant-ph
Picosecond Pulsed Squeezing in Thin-Film Lithium Niobate Strip-Loaded Waveguides at Telecommunication Wavelengths
在一个具有集成度和稳定性的平台上实现高水平的脉冲压缩是连续变量量子信息处理的关键要求。通常，高度压缩的状态是用窄带光学腔和块状晶体实现的，限制了可扩展性。利用集成光学器件中的单通参量下转换，我们演示了皮秒脉冲在薄膜掺锂条形加载波导中的正交压缩。对于小于0.3 W的片上峰值功率，我们测量到高达-0.33 $\pm$ 0.07 dB的压缩，推断片上值为-1.7 $\pm$ 0.4 dB。这项工作突出了带加载波导平台的宽带压缩应用和光子量子技术的发展的潜力。
2022-04-12 quant-ph
Sub-GHz linewidths ensembles of SiV centers in a diamond nano-pyramid revealed by charge state conversion
生产具有嵌入式寿命有限发射器的明亮集合的纳米结构是一项挑战，在广泛的物理科学中具有潜在的高影响力。在这项工作中，我们展示了受控的电荷转移到和从暗态表现出非常长的寿命在高密度合奏的SiV中心托管在CVD生长的金刚石纳米金字塔。此外，使用共振光致发光激发和频率选择性持续烧孔技术，利用这种电荷状态转移的组合，我们可以证明接近寿命有限的线宽从SiV中心。这种在远低于$λ^3$的体积中具有数千个明亮的窄线宽发射器的纳米结构将用于相干光-物质耦合、用于生物传感和纳米级温度测量。
2019-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid III-V diamond photonic platform for quantum nodes based on neutral silicon vacancy centers in diamond
将基于钻石色心的原子量子存储器与片上光子器件集成，将使长距离纠缠分布成为可能。然而，由于色心对其环境高度敏感，并且它们的性质在纳米制造结构中退化，因此集成的努力一直具有挑战性。在这里，我们描述了一种异质集成的片上III-V金刚石平台，该平台设计用于金刚石中的中性硅空位（SiV 0）中心，从而避免了蚀刻金刚石衬底的需要。通过与金刚石表面附近的SiV 0中心的倏逝波耦合，该平台将使Purcell增强SiV 0发射和有效的频率转换到电信C波段。所提出的结构可以用容易获得的制造技术来实现。
2020-12-30 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Efficiency of light-frequency conversion in an atomic ensemble
从理论上分析了金刚石能级原子系综中光的上、下频率转换效率。确定了使转换最大化所需的泵浦场强度和失谐量作为系综光学厚度的函数的条件。通过数值求解Maxwell-Bloch方程，研究了探测脉冲宽度对转换效率的影响。
2011-06-01 quant-ph
Strongly squeezed states at 532 nm based on frequency up-conversion
量子精密测量利用非经典态来提高测量设备的精度。在这种背景下，强压缩真空态光已被证明是一种有用的资源。它们通常由自发参量下转换产生，但迄今为止还没有在更短的波长下产生，因为不存在合适的非线性材料。在这里，我们报告在532 nm处的强压缩真空态的产生与5.5 dB的噪声抑制通过频率上转换从电信波长1550 nm。上转换的状态中使用的模型马赫-曾德尔干涉仪，以说明它们在量子精密测量的使用。
2016-05-12 quant-ph
Quantum frequency conversion between infrared and ultraviolet
报道了在周期性极化KTP波导中利用单级上转换实现红外和紫外波长之间的量子频率转换。由于单片波导设计，我们设法将电信波段输入光子转移到Yb ${}^{+}$的离子偶极跃迁波长369.5 nm。外（内）转换效率约为5%（10%）。该转换器中使用的高能泵浦引入了自发参量下转换（SPDC）过程，这是UV模式中噪声的原因。使用这个SPDC过程中，我们发现，转换器保留非经典相关的上转换过程中，呈现这种小型化的接口源的量子态的光在紫外线。
2016-10-11 quant-ph
Efficient single sideband microwave to optical conversion using an electro-optical whispering gallery mode resonator
将传统的微波电路与光通信波段连接起来是现代通信的核心。未来的量子信息网络将需要相干的微波-光转换，以通过低损耗的光通信网络将电子量子处理器和存储器连接起来。利用工作在单微波光子水平的电光调制器可以实现高效的转换。在标准的电光调制方案中，这是不可能的，因为上变频和下变频的边带都必须存在。在这里，我们展示了真正的单边带上变频或下变频在三重谐振回音壁模式谐振器明确解决模式与不对称的自由光谱范围。与以前的实验相比，我们显示了三个数量级的提高电光转换效率达到0.1%的光子数转换为10 GHz的微波音在0.42mW的光泵浦功率。该方案与现有的超导3D电路量子电动力学技术完全兼容，可用于非经典状态转换和通信。我们的转换带宽大于1 MHz，并且基本上没有限制。
2016-01-27 physics.optics quant-ph
Non-classical two-photon interference between independent telecom light pulses converted by difference-frequency generation
实验研究了可见光波长转换后两光子间的HOM干涉。在实验中，我们利用自发参量下转换制备了一个预示的单光子，另一个光子来自780 nm的弱激光源。我们通过在极化的锂离子电池中使用差频产生将两个光子的波长转换为1522 nm的电信波长，然后观察光子之间的HOM干涉。观测到的可见度是$0.76\pm 0.12$，它清楚地显示了两个光子的非经典干涉。高可见光干涉是实现可见光光子发射源产生的光子的光纤量子通信的重要一步。
2013-04-01 quant-ph
Charge-state stability of single NV centers in HPHT-type IIa diamond
Hasselt University（哈瑟尔特大学）；Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学）；IMEC
研究揭示了HPHT型IIa钻石中单个NV中心的电荷态稳定性，发现电场和偏压对NV电荷转换有显著影响，展示了电偏压在稳定NV-中的作用。
2025-11-20 quant-ph
A Waveguide Frequency Converter Connecting Rubidium Based Quantum Memories to the Telecom C-Band
相干地转换单个光子和纠缠光子的频率和时间波形的能力对于互连未来量子信息网络的各种元素将是至关重要的。在这种情况下，特别重要的是由能够存储量子信息的材料系统（所谓的量子存储器）发射的光子的量子频率转换。已经有显著的努力来实现量子频率转换，使用非线性晶体，具有来自宽带光子对源和固态发射器的非经典光。然而，到目前为止，固态量子频率转换还没有实现长寿命的光量子存储器。在这里，我们展示了一个超低噪声的固态光子量子接口，适用于连接基于原子系综的量子存储器的电信光纤网络。该接口基于集成波导非线性器件。作为原理的证明，我们将由基于铷的量子存储器发射的780nm处的预告单光子转换为1552nm的电信波长。我们证明了大量的非经典转换的光子和预示信号之间的相关性。
2014-02-12 quant-ph
Coherence and Entanglement Preservation of Frequency-Converted Heralded Single Photons
我们报道了近红外光子从854nm波长到1310nm的电信O波段的量子频率转换，总转换效率为8%。在854nm处的纠缠光子对通过II型自发参量下转换产生。在非线性脊形波导中，一个光子与强泵浦光场混合，将其转换为1310nm。我们证明了在转换过程中光子的一阶和二阶相干性的保存。在此基础上推导了双光子态的相干函数，并与实际测量的相干函数进行了比较。这种测量表明了对的时间-能量纠缠的保持。88%的可见度违反了贝尔不等式。
2017-03-08 quant-ph
Frequency-bin entanglement from domain-engineered down-conversion
频率编码正迅速成为量子信息协议的一个有吸引力的前景，这是因为与其他光子自由度相比，频率编码具有更大的希尔伯特空间和更高的抗噪声能力。为了充分利用频率编码作为QIP的实用范例，需要一种有效且简单的频率纠缠源。在这里，我们提出了一个单通源的离散频率仓纠缠，不使用过滤或谐振腔。我们使用一个域工程非线性晶体，以产生一个八模式的频率仓纠缠源在电信波长。我们的方法利用了与大块晶体源相关的高预示效率和简单性。
2022-01-18 quant-ph
Fast optoelectronic charge state conversion of silicon vacancies in diamond
本文通过结合发光与光电流光谱并调控表面电极电势和激发波长，实现了金刚石中硅空位色心在SiV$^-$与SiV$^{2-}$之间的MHz速率、90%对比度电荷态转换，并揭示了相关光电导缺陷。
2023-10-18 physics.app-ph quant-ph
Diamond optomechanical cavity with a color center for microwave-to-optical quantum interfaces
本文提出一种基于金刚石光机晶体腔与色心强耦合的高效微波-光学量子转导方案，理论转换效率达15%，为量子网络提供关键接口。
2023-10-17 quant-ph
Multimode Squeezed State for Reconfigurable Quantum Networks at Telecommunication Wavelengths
ICFO - Instituto de Ciencias Fotonicas, 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所）；Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, ENS-Université PSL, CNRS, Collège de France（卡斯勒布罗塞尔实验室，索邦大学，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，法兰西公学院）；Sorbonne Université, LIP6, CNRS（索邦大学，LIP6实验室，法国国家科学研究中心）
本研究提出了一种在电信波长下产生多模式压缩态的实验源，实现了多方纠缠和可重构性，为可扩展的连续变量量子信息协议奠定基础。
2024-02-02 quant-ph
High-fidelity single-shot readout of single electron spin in diamond with spin-to-charge conversion
量子比特的高保真单次读出是容错量子计算和可扩展量子网络的关键组成部分。近年来，金刚石中的氮空位（NV）中心已经上升为上述应用的领先平台。目前NV电子自旋的单次读出依赖于低温下的共振荧光方法。然而，自旋翻转过程中断了光学循环转变，因此限制了读出保真度。在这里，我们介绍了一种自旋-电荷转换方法的近红外（NIR）光辅助抑制自旋翻转错误。该方法利用低温共振激发的高自旋选择性和光电离的高灵活性。在高应变和快速自旋翻转过程中，我们实现了NV中心电子自旋的单次读出的总体保真度$>$ 95%。随着进一步的改进，该技术有可能实现超过容错阈值的自旋读出保真度，并且还可能在集成光电子器件上找到应用。
2020-09-29 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Certifying position-momentum entanglement at telecommunication wavelengths
成功利用高维量子相关性及其在电信基础设施中的集成对于提高鲁棒性和密钥生成速率的尖端量子技术至关重要。光子对的位置-动量Einstein-Podolsky-Rosen（EPR）纠缠是研究这种高维量子关联的一个很有前途的方法。在这里，我们实验证明自发参量下转换（SPDC）产生的光子对的EPR相关的非线性晶体与0型相位匹配在电信波长的第一次。为了实验观察EPR纠缠，我们在信号和空闲模式的近场和远场平面上进行扫描测量。我们证明EPR相关性具有高达45个标准差的统计显著性。此外，我们确定我们的源形成的纠缠大于1，表明维度大于2。在1550 nm左右的电信波长下工作，我们的源与当今部署的电信基础设施兼容，从而为将高维纠缠源集成到量子通信基础设施中铺平了道路。
2022-01-10 physics.optics quant-ph
Quantum optical waveform conversion
目前提出的长距离量子通信架构依赖于通过光通信信道连接的量子处理器网络[1，2]。这种网络的关键资源是基于物质的量子系统与用于信息传输的量子光场的纠缠。这些材料系统的光相互作用带宽是光通信可用带宽的一小部分，并且量子光输出脉冲的时间形状通常不适合长距离传输。在这里，我们证明了量子光脉冲与光谱定制的经典场的非线性混合可以将量子脉冲压缩100倍以上，并灵活地重塑其时间波形，同时保留所有量子特性，包括纠缠。波形转换可以与量子光发射器的先驱阵列一起使用，以实现光通信的全数据速率的量子通信。
2010-10-11 quant-ph
Sub-diffraction optical manipulation of the chargestate of nitrogen vacancy center in diamond
作为量子计算和计量学的潜在候选者，金刚石中的氮空位（NV）中心由于电荷态转换而带来了挑战和机遇。利用不同的激光器进行光诱导电荷态转换，实现了亚衍射电荷态操纵。电荷态耗尽（CSD）显微镜分辨率提高到4.1 nm，通过优化激光脉冲序列。随后，通过CSD选择性地检测相邻NV中心的电子自旋态动力学。实验结果表明，CSD可以提高纳米传感和量子信息中NV中心测量的空间分辨率。
2014-10-17 physics.optics quant-ph
Low-noise quantum frequency conversion in a monolithic cavity with bulk periodically poled potassium titanyl phosphate
提出基于单片体块ppKTP腔的高效低噪声量子频率转换平台，将金刚石NV中心的637 nm单光子转换为电信波长，实现72.3%内部转换效率且噪声降低5倍，并验证了非经典相关性与时间能量纠缠的保持。
2023-10-18 quant-ph
Resource-efficient frequency conversion for quantum networks via sequential four-wave mixing
报道了一种利用单泵浦激光器在光子晶体光纤中实现布拉格散射四波混频的高效频率转换方案。我们证明了在1092 nm的Sr+ P1/2 - D3/2发射波长和电信C波段之间的相干光的双向转换，上转换和下转换的转换效率分别为4.2%和37%。我们将讨论如何可行的计划，以满足时间，光谱和偏振稳定性的要求的混合光物质量子网络。
2020-08-11 physics.optics quant-ph
Mode-selective single-photon addition to a multimode quantum field
光的光谱-时间模式可用于产生高维高斯量子态。这种状态是连续变量量子信息协议的基础，其中它们必须支持模式选择性非高斯操作。我们发展了一个一般的框架，通过参数下转换过程的多模光态的单光子添加。我们确定了单模和模式选择性光子添加的分析条件。我们发现，光谱模式的选择性，可以实现在第二类共线下转换，而单模条件检索非共线的第一类和第二类过程。数值结果显示光子添加在近红外和电信波长的参数下转换过程中。
2021-10-27 quant-ph
Finding the nitrogen-vacancy singlet manifold energy level using charge conversion pulse sequences
近年来对金刚石中氮空位（NV）中心进行的大量研究为NV的广泛应用打开了大门。然而，NV中心动力学和能级的一些属性仍然未知。在这项工作中，我们提出了一个电荷转换脉冲序列计划定位NV中心单重态能级，通过多色激发使用可调谐激光。我们提出了两种读出方法-光感应电流和NV $^0$人口-并讨论了它们在相关光谱中不同制度的效率。
2020-11-17 quant-ph
Interaction of a heralded single photon with nitrogen-vacancy centers in a diamond
一个简单的，室温下，腔和真空的光子-物质相互作用的接口实现。实验中，一个自发参量下转换过程产生的单光子被氮空位色心系综吸收。与声子边带相关联的宽吸收谱解决了典型原子介质中的窄吸收带宽与量子光的宽带光谱的失配问题。所预示的单光子源在452-575 nm的光谱范围内是可调谐的，这与氮空位中心的吸收光谱很好地重叠。
2021-01-12 quant-ph
Low Temperature Studies of Charge Dynamics of Nitrogen-Vacancy Defect in Diamond
本文研究了在液氦温度下，氮空位（NV）中心在负电荷（NV-）和中性电荷（NV 0）两种不同电荷状态之间的光致转换。实验证明，在单一缺陷上NV-到NV 0的转换，其速率与共振激发下的功率成二次方关系。此外，我们发现，中性NV的共振激发改变了电荷状态，恢复其负配置。这种类型的转换显著提高了NV缺陷的光谱稳定性，并允许自旋量子位的高保真度初始化。一个可能的机制电离和NV-缺陷的恢复进行了讨论。本研究提供了更好的理解NV中心的电荷动力学，这是相关的量子信息处理基于金刚石中的NV缺陷。
2012-04-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhanced concentrations of nitrogen-vacancy centers in diamond through TEM irradiation
相互作用自旋系综的多体动力学以及固态系统中的量子传感的研究通常受到对高自旋浓度的需要以及感兴趣的自旋系综与其自旋浴环境的有效解耦的限制。特别地，对于金刚石中的氮-空位（NV）中心的系综，氮（P1）缺陷和NV中心之间的高转换效率是必要的，同时保持NV系综的长相干时间。在本工作中，我们研究了电子辐照对不同初始氮浓度的各种类型金刚石样品的转换效率和相干时间的影响。使用200 keV透射电子显微镜（TEM）照射样品。我们的研究表明，NV创建的效率强烈依赖于初始转换效率以及初始氮浓度。我们观察到NV浓度提高了一个数量级（高达$\sim 10^{11}$ NV/cm ^2），而$\sim 180$ μm的相干时间没有任何退化。我们解决了这种技术的潜力，铺平了道路的NV自旋合奏的多体物理学的研究，并有助于创建非经典自旋态的量子传感。
2017-08-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Modular interface for efficient optical readout of diamond quantum memory at cryogenic temperatures via single-mode optical fibers
该研究提出一种结构隔离的模块化接口，用于金刚石色心量子存储器，在共聚焦体积大幅缩减下仍能通过单模光纤高效收集光子，为可扩展量子基础设施奠定基础。
2025-10-14 quant-ph
Theory of light-matter interactions in cascade and diamond type atomic ensembles
在这篇论文中，我们研究了光与超冷原子气体形式的物质的量子力学相互作用：原子系综。我们提出了两个问题的理论分析，其中涉及量子化的电磁场（称为信号和闲置）与原子系综的相互作用（i）级联双光子发射的原子梯形配置，和（ii）光子频率转换的原子金刚石配置。这些研究的动机来自于长距离量子通信中的潜在应用，其中期望在电信波长光场和基态原子相干态之间产生量子关联。我们发展了相关信号-闲频对相关理论。在原子系综中可能产生多个激发，这使得分析变得复杂。在假设绝热激光激发的情况下，给出了单次激发极限下的解析处理。分析预测超辐射的时间尺度与实验观察一致的闲置排放。为了放宽单激发的限制，我们发展了一种不同的级联发射理论，并利用开放量子系统理论对经典随机微分方程进行数值模拟求解。模拟结果与超辐射时标的分析理论定性一致。我们提供了一个在金刚石结构中实现近红外到电信波长转换的量子理论。该系统提供了量子中继器存储元件的关键部分，它使“存储”的近红外光子能够转换为电信波长进行传输，而不会破坏光原子量子相关性。
2011-06-10 quant-ph
Periodically poled thin-film lithium niobate ring Mach Zehnder coupling interferometer for efficient quantum frequency conversion
针对量子通信网络中量子存储器多工作在可见波段的需求，提出基于周期极化薄膜铌酸锂波导耦合环形马赫-曾德尔干涉仪的量子频率转换器，实现毫瓦泵浦下90%转换效率、低于0.1Hz噪声的单光子可见-电信波长转换。
2025-01-13 quant-ph
Optimal conditions for Bell test using spontaneous parametric down-conversion sources
我们从理论和实验上研究了自发参量下转换（SPDC）光源贝尔实验的最佳条件。在理论上，我们表明，相对较大的平均光子数（通常为$\sim$ 0.5）是可取的，以观察Clauser-Horne-Shimony-Holt（CHSH）不等式的最大违反。在实验中，我们利用SPDC光源产生的1550 nm通信波长的偏振纠缠光子对，进行了无后选择的Bell实验。虽然违反的CHSH不等式没有直接观察到由于我们的系统的整体检测效率，实验值吻合得很好，与实验不完善的理论。此外，在小平均光子数（$\leq0.1$）范围内，我们提出并证明了一种从有损实验数据中估计出测试态中固有的理想CHSH值的方法，而无需假设输入量子态.
2018-08-25 quant-ph
Quantum optical signal processing in diamond
控制单光子的性质对于跨越量子传感、量子计算和量子通信的一系列新兴光量子技术是必不可少的。这些技术的基本组件包括单光子源、量子存储器、波导和探测器。这些组件的理想光谱操作参数（波长和带宽）很少相似;因此，频率转换和光谱控制是组件混合的关键步骤。在这里，我们通过修改后的量子存储器相干操纵单光子的光谱来执行单光子的信号处理。我们存储723.5 nm的光子，4.1 nm的带宽，在室温下的金刚石晶体;检索后，我们证明中心频率可调谐性超过4.2倍的输入带宽，和0.5至1.9倍的输入带宽之间的带宽调制。我们的研究结果表明，金刚石和拉曼存储器的潜力，是一个集成的平台，光子存储和光谱转换。
2015-09-18 physics.optics quant-ph
Robust transfer of a quantum state from an absorbed photon into a diamond spin
本文实验实现基于量子隐形传态的光子到金刚石氮-空位中心自旋的态传输，在100 MHz频率误差和100 ns时间误差下仍保持高保真度，为鲁棒远程量子网络奠定基础。
2025-05-14 quant-ph
