Passive Optical Network Approach to GigaHertz-Clocked Multiuser Quantum Key Distribution
介绍了量子密钥分发技术在基于光纤的宽带无源光接入网中的应用。该应用基于我们的850 nm波长千兆赫时钟速率单接收机系统，与现有的电信光纤兼容，并利用了目前接入网中未使用的波长带。开发的量子密钥分发网络能够以高达3 GHz的时钟频率进行与城域网接入链路跨度（10 km）一致的距离传输。
2006-12-15 quant-ph
Bidirectional and passive optical field to microwave field quantum converter with high bandwidth
具有量子相干性的微波光子与可见光子之间的相互转换对于量子通信和计算具有重要意义。在本文中，我们报告了一个建议，使用原子系综耦合到微波和光学谐振腔。一个谐振器的输入光子在另一个谐振器中被转换成输出光子，而无需主动操作。通常，转换仅在特定频率下进行优化。在我们的提案中，我们发现效率几乎是一个常数，并且在很大的频率间隔内可以接近100%，即通过我们的提案可以实现高带宽转换。
2018-12-02 quant-ph
Improving Continuous-variable Quantum Channels with Unitary Averaging
本文提出被动线性光学幺正平均方案，通过概率纠错抑制随机相位误差对未知高斯态纯度、压缩和纠缠的影响，从而增强连续变量量子信道，并给出数值模拟与解析近似验证其鲁棒性和高成功概率。
2024-05-09 quant-ph
Optimum design for BB84 quantum key distribution in tree-type passive optical networks
我们发现，有一个折衷之间的有用的密钥分发比特率和部署在树型无源光网络中的光纤的总长度为BB84量子密钥分发应用。一个两阶段的分裂架构，其中一个分裂是在中央办公室和第二个在外面的工厂和品质因数，以占权衡建议。我们发现，在光子数分裂（PNS）攻击和诱饵态传输的情况下，两级的分裂比存在一个最优解。然后，我们分析了PON的不同相关物理参数对最佳解决方案的影响。
2011-03-24 quant-ph
Integration of quantum key distribution and gigabit-capable passive optical network based on wavelength-division multiplexing
在可预见的未来，经典光通信可能仍然是主要的通信技术，因此量子通信网络与现有经典光通信网络的集成是必要的，因为现有的电信基础设施将被共享。这意味着量子密钥分发（QKD）和强经典数据信号的复用，在一根光纤中传递量子信号和经典信号。光分路器用于接入千兆比特无源光网络（GPON）中的每个用户。在4用户网络中，分路器向量子信道增加至少6dB的光损耗，在64用户网络中，分路器向量子信道增加18dB的光损耗。光分路器限制了量子密钥分配的传输距离和性能。提出了一种基于波分复用的量子密钥分发和GPON集成方案。在分光点，我们使用滤波器来分离量子信号，并绕过分光器，避免了分光器产生的损耗。这增加了量子信号状态的计数率，并且提高了信噪比（SNR），因此QKD可以获得更高的密钥生成速率和更长的传输距离。
2016-04-26 quant-ph
Gaussian state interferometry with passive and active elements
我们解决精度的光干涉仪高斯状态，涉及被动和/或主动元件，如分束器，光电探测器和光学参量放大器。我们首先通过讨论量子费舍尔信息的行为来解决精度的最终界限。然后，我们考虑在输出端的光电探测和计算的灵敏度的干涉计考虑到非单位量子效率的检测器。我们的研究结果表明，在理想情况下的光子数探测器与单位量子效率的最佳配置是对称的，即，被动（主动）干涉仪与被动（主动）检测阶段：在这种情况下，可以实现海森堡缩放的灵敏度通过适当的优化高斯状态的输入。另一方面，在具有非单位量子效率的检测器的现实情况下，被动方案的性能被可避免地降级，而涉及光学参量放大器的检测器允许完全补偿检测阶段中的损耗的存在，从而恢复海森堡标度。
2015-10-28 quant-ph
Simulating arbitrary Gaussian circuits with linear optics
玻色子模的线性正则变换对应于高斯幺正，其包括由多端口无源干涉仪实现的无源线性光学变换和由非线性放大介质实现的有源Bogoliubov变换。作为布洛赫-弥赛亚定理的结果，任何高斯幺正都可以分解成一个被动干涉仪，然后是一层单模挤压器和另一个被动干涉仪。在这里，它展示了如何规避对主动转换的需求。也就是说，我们提供了一种技术来模拟采样的联合输入和输出分布的任何高斯电路与被动干涉，提供双模压缩真空状态可作为一个先验资源。在该过程的核心，我们利用了部分时间反转下的分束器模拟双模挤压器的事实，这使得可以在没有任何非线性光学介质的情况下访问任意高斯电路。这产生，特别是，一个程序与线性光学模拟扩展玻色子采样实验，其中光子共同传播通过任意多模高斯电路，随后由输出光子图案的检测。
2018-12-11 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
Practical quantum access network over a 10 Gbit/s Ethernet passive optical network
量子密钥分发（QKD）提供了一种在合法用户之间共享密钥的信息理论安全方法。为了实现QKD的大规模部署，它应该易于扩展和具有成本效益。量子接入网的基础设施建设扩大了网络容量，量子密钥分发与经典光通信的融合降低了信道开销。在这里，我们提出了一个实际的下行QAN在10 Gbit/s以太网无源光网络（10 G-EPON），它可以支持多达64个用户。在采用单馈线光纤结构的全共存方案中，QAN和10 G-EPON信号在21 km光纤上实现了9 dB衰减的共传播，16个用户的安全密钥速率达到了1.5 kbps。在采用双馈线光纤结构的部分共存方案中，QAN和全功率10 G-EPON信号的组合可实现超过11 km，网络容量为64个用户。在我们的工作中，在10 G-EPON上的实际QAN实现了大规模QKD基础设施的重要一步。
2021-10-27 quant-ph
Integration of Quantum Key Distribution in a 20-km 32-user Coherent Passive Optical Network with Single Feeder Fiber
首次将O波段偏振编码诱骗态BB84 QKD集成至C波段20公里32用户相干PON中，无需修改现有基础设施即可在载波级功率下运行。
2024-12-20 cs.CR quant-ph
A fully passive transmitter for decoy-state quantum key distribution
本文简化了被动诱骗态QKD发射机原型，采用新方法进行BB84偏振编码和诱骗态生成，并提出严密安全性分析，以消除先前方案中的不必要假设和后选择步骤。
2023-11-02 quant-ph
Fully-Passive Quantum Key Distribution
本研究突破无源QKD方案中诱骗态生成与编码无法同时线性光学实现的限制，提出全无源QKD光源，可生成任意量子比特态且协议无关，能结合多种协议构建无侧信道系统。
2022-07-13 quant-ph
Entanglement routing via passive optics in CV-networks
本文提出一种基于被动光学和去随机化进化算法的二分路由协议，用于在连续变量量子网络中建立客户端间的隐形传态信道，并给出信道提取判据以研究复杂图拓扑。
2025-03-26 physics.optics quant-ph
Engineering multiphoton states for linear optics computation
通过线性光学元件实现的变换允许仅在受限于多模Fock空间的单光子子空间时生成整个酉群。在本文中，我们解决了更普遍的问题，编码量子信息的多光子态，并详细阐述了它通过辅助扩展，线性光学无源器件和光电探测。我们的方案源于线性光学无源器件物理学基础的数学结构。特别是，我们分析了一个经济的过程，用于映射到任意的2-光子2-模式状态的基准2-光子2-模式状态使用辅助资源和线性光学无源N-端口辅助后选择。我们发现，增加一个辅助模式就足以产生任何所需的目标状态。在后选择不完美的光电探测的影响被认为是成功概率和保真度之间的一个简单的权衡。
2006-05-31 quant-ph
Efficient Linear Optics Quantum Computation
我们研究了无源和有源线性光学元件和光电探测器的计算能力。我们表明，单光子源，无源线性光学和光电探测器是足够的实现可靠的量子算法。这种实现方式需要从检测器到光学元件的反馈。没有反馈，非确定性量子计算是可能的。一个足以进行量子计算的单光子源可以用一个有源线性光学元件（挤压器）和一个光电探测器来构建。与仅使用线性光学相关的开销似乎足够低，使得基于我们的提议的量子计算成为可行的替代方案。
2000-06-20 quant-ph
Passive sources for the Bennett-Brassard 1984 quantum key distribution protocol with practical signals
大多数量子密钥分发的实验实现都是基于Bennett-Schmidard 1984（所谓的BB84）协议。在该方案的典型光学实现中，发送器使用有源源来产生所需的BB84信号状态。虽然BB84信号的主动状态准备在原理上是简单而优雅的解决方案，但在实践中，被动状态准备在某些情况下可能是期望的，例如，在以高传输速率操作的那些实验设置中。被动方案也可能比主动源更鲁棒地抵抗侧信道攻击。典型的无源器件涉及参数下变频。在本文中，我们表明，相干光和实际的单光子源也适用于被动产生BB84信号态。我们的方法不需要任何外部驱动元件，而只需要线性光学元件和光电探测器。在相干光的情况下，所得到的密钥速率类似于由有源源提供的密钥速率。然而，当发送器使用实际的单光子源时，被动发射器覆盖的距离可能比主动配置的距离长。
2010-09-20 quant-ph
Symmetry-resolved tree tensor network analysis of Bell-state discrimination with ancilla-assisted passive linear optics
Banaras Hindu University（贝拿勒斯印度教大学）；Keio University（庆应义塾大学）
本文提出一种光子数分辨的树张量网络方法，用于高效评估辅助辅助被动线性光学贝尔态判别中的探测器支持，并推导了对称辅助资源的精确组合关系，验证了多达32个光学模式的结果。
2026-09-09 quant-ph
Passive stabilization of hole spin qubit using optical Stark effect
自组装量子点中空穴自旋的非本征退相是由电荷噪声作用于电场相关的g因子所决定的。在这里，我们提出了使用的光学斯塔克效应，以减少有效的孔塞曼能量的灵敏度，在当地的电场波动。使用测量的量子点参数的计算，并证明了一个因素的10-100减少的非本征退相。与主动稳定方法相比，该技术应受益于降低的实验复杂性。
2016-02-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental Demonstration of Squeezed State Quantum Averaging
我们提出并实验证明了一个通用的量子平均过程，实现了正交方差的调和平均。谐波平均协议可以用于有效地稳定一组具有统计波动噪声水平的脆弱压缩光源。平均方差是通过线性光学干涉和测量诱导调节的概率来制备的。我们验证，实施谐波平均优于标准的算术平均策略。量子平均的效果进行了实验测试的不相关和部分相关的噪声源与亚泊松散粒噪声或超泊松散粒噪声的特性。
2010-02-11 quant-ph
Linear Optical Quantum Computation with Frequency-Comb Qubits and Passive Devices
本研究提出一种基于时频自由度、用单光子频率梳编码量子比特的无源线性光学量子计算方案，无需有源器件且抗时频误差，现有技术近可满足容错计算要求。
2023-06-10 physics.optics quant-ph
Passive state preparation in the Gaussian-modulated coherent states quantum key distribution
在高斯调制相干态（GMCS）量子密钥分发（QKD）协议中，Alice准备量子态\emph{actively}：对于每次传输，Alice生成一对高斯分布的随机数，使用光幅度和相位调制器将它们编码在弱相干脉冲上，然后将高斯调制的弱相干脉冲传输给Bob。在这里，我们提出了一个\emph{passive}状态准备计划使用的热源。在我们的方案中，Alice使用分束器将热源的输出分成两个空间模式。她使用共轭光学零差检测器局部测量一种模式，并在施加适当的光学衰减后将另一种模式传输给Bob。在正常情况下，Alice的测量结果与Bob的测量结果是相关的，并且他们可以计算出安全的密钥，就像在主动状态准备方案中一样。假设源产生的初始热态足够强，该方案可以容忍Alice侧的高检测器噪声。此外，源的输出不需要是单模的，因为光学零差检测器可以选择性地测量由本地振荡器确定的单模。初步的实验结果表明，所提出的方案可以实现使用现成的放大自发发射源。
2017-12-21 quant-ph
Passive scheme with a photon-number-resolving detector for monitoring the untrusted source in a plug-and-play quantum-key-distribution system
提出了一种基于分束器和光子数分辨探测器的被动方案，用于在即插即用量子密钥分发系统中应用三强度诱饵态协议验证不可信源的光子统计信息.分析了由于统计涨落和检测噪声引起的实际问题。仿真结果表明，当Alice发送给Bob的光脉冲总数大于10^8，PNR探测器的暗计数率小于0.5计数/脉冲时，该方案可以有效地工作，这在现有技术下是可以实现的。此外，我们提出了一种具有可变光衰减器与阈值检测器相结合的PNR检测器的实际实现。
2010-10-08 quant-ph
Quantum-optimal information encoding using noisy passive linear optics
本研究针对无需外部能源的光学量子信道，通过优化Holevo信息发现，均匀分布相移参数及有限个衰减值可实现最优信息编码，并适用于热噪声下的量子读取。
2023-12-23 quant-ph
Protecting Quantum Information with Entanglement and Noisy Optical Modes
我们结合主动和被动量子纠错技术来保护一组连续变量量子信息系统的光信息模式。我们的方法使用辅助模式，纠缠模式和规范模式（混合状态的模式），以帮助纠正一组信息模式的错误。由离线挤压器、无源光学器件、前馈控制、条件调制和零差测量组成的线性光学编码电路执行编码。其结果是，我们扩展了纠缠辅助算子稳定器形式主义的离散变量连续变量量子信息处理。
2008-07-23 quant-ph
Anti-Parity-Time Symmetry in Passive Nanophotonics
非厄米光学系统中的宇称-时间（PT）对称性保证了在保守光学中没有的独特的光学效应和应用。它的对应物，反PT对称性，订阅了另一类有趣的光学现象，并暗示了奇异光操纵的互补技术。尽管取得了令人兴奋的进展，但到目前为止，反PT对称性仅在大体积系统或具有光学增益的系统中实现。在这里，我们报告了一个片上实现的非厄米光学与反PT对称性，通过使用一个完全无源的，纳米光子平台组成的三个倏逝耦合波导。通过在中心波导上沉积金属薄膜引入强损耗，实现了抗PT系统。利用微加热器调节波导的折射率，观察到了诸如等功率分裂、同步幅度调制、相位控制耗散以及从反PT对称到其破缺相位的转变等惊人的行为。我们的研究结果突出了奇异的反厄米纳米光子学与同一芯片上的传统电路相结合，从而可以为量子光学研究和可扩展的信息处理创建有价值的芯片器件。
2020-03-24 physics.optics quant-ph
Quantum Limits of Passive Optical Surface Metrology and Defect Detection
University of Oxford（牛津大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
本文提出量子统计框架用于被动光学表面计量，通过空间模式排序实现裂纹宽度和深度的高精度估计及缺陷检测提升。
2026-03-11 physics.optics quant-ph
Optimization of intensity-modulation/direct-detection optical key distribution under passive eavesdropping
我们从理论上分析了最佳操作的光密钥分配（OKD）链路的基础上通过衰减信道传输到直接检测接收器的光信号的精细强度调制。通过适当的数字后处理，用户可以生成一个秘密密钥，该密钥对于被动收集逃避合法接收者检测的一部分信号的未授权方来说是未知的。通过存在不可避免地伴随窃听者尝试检测收集的信号的散粒噪声来确保安全性。结果表明，密钥量取决于一个比率，比较合法的接收者和窃听者的能力，以检测信号，包括噪声贡献各自的检测器。在强窃听体制下推导出一个简单的比例关系，给出了最佳二进制强度调制深度和硬解码直接检测鉴别阈值的封闭表达式。所提出的结果大大简化了实际OKD系统的设计工作在不断变化的外部条件下，例如可变的大气吸收的情况下的自由空间光链路。
2021-12-16 physics.optics quant-ph
On construction of finite averaging sets for $SL(2, \mathbb{C})$ via its Cartan decomposition
李群上的平均物理量出现在许多快速发展的物理学分支中，如量子信息科学或量子光学。这样的平均过程总是可以表示为相对于群的有限数量的元素的平均，称为有限平均集。在以前的研究中，这样的集合，被称为$t$ -设计，只构造了平均酉群的情况下（因此命名为酉$t$ -设计）。本文研究了一般非紧矩阵李群上求平均的有限平均集的构造问题，由于群流形上的一致不变测度（Haar测度）是无限的，这是一个非常微妙的任务.我们提供了一个一般的建设，这样的集合的基础上的Cartan分解的组，它分裂成其紧凑和非紧凑的组件组。在紧凑的部分的平均可以在一个统一的方式来完成，而在非紧凑的一个平均必须赋予一个suppresing权重函数，并可以接近使用广义高斯求积。这使我们得到了半单矩阵李群的有限平均集的一般形式，它是关于紧部分和非紧部分的有限平均集的乘积形式。我们提供了一个明确的计算这样的集合组$SL(2, \mathbb{C})$，虽然我们的建设可以应用到其他情况下。我们的研究结果可能的应用包括寻找有限的随机操作在量子信息科学和量子光学，这可以用于随机量子算法的建设，包括光学干涉实现。
2021-04-09 math-ph math.MP quant-ph
Modular Quantum Memories Using Passive Linear Optics and Coherent Feedback
UNSW Australia（新南威尔士大学）；Aberystwyth University（阿伯里斯特威斯大学）
本文提出利用被动线性光学和相干反馈实现单光子脉冲光学场中量子记忆的模块化方案，通过耦合两个衰减光学腔体构建隔离且抗退相干的内部模式，实现量子比特存储的写入/读出与存储模式切换，最终构建出多量子态量子记忆。
2014-09-26 cs.SY eess.SY quant-ph
Passive optical superresolution at the quantum limit
University of Oxford（牛津大学）；RTX BBN Technologies（RTX BBN技术公司）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）；Sorbonne Université（索邦大学）
本文探讨了通过量子测量和估计理论实现超越传统光学成像的超分辨率方法，包括空间模式解复用接收器等技术，应用于子瑞利非相干源的分类、定位和成像。
2026-09-17 physics.optics quant-ph
Suspended gallium arsenide platform for building large scale photonic integrated circuits: Passive devices
硅基光子集成电路（PIC）在过去十年中取得的巨大成功自然引出了一个问题，即类似的制造过程是否可以应用于具有更理想光学特性的其他材料平台。在这项工作中，我们展示了个人的无源元件（光栅耦合器，波导，多模干涉仪和环形谐振器）必要的大规模集成电路中建立悬浮砷化镓（GaAs）。在悬浮GaAs中实现PIC是在具有严格器件约束的领域实现最佳系统性能的可行途径，例如用于艾级系统的节能收发器、集成电光梳状激光器、集成量子光子学、低温光子学和机电导波声光。
2019-12-10 physics.app-ph physics.optics quant-ph
High-key-rate Fully-Passive Quantum Access Network with Thermal Source
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；College of Information Science and Technology, Donghua University（东华大学信息科学技术学院）；Shanghai XunTai Quantech Co., Ltd（上海迅泰量子科技有限公司）
本文提出一种基于被动态制备的全被动量子接入网络协议，实现高密钥率、高稳定性和低资源消耗的量子通信网络。
2026-04-30 physics.optics quant-ph
Quantum secured gigabit optical access networks
光接入网络通过共享光纤基础设施将多个端点连接到公共网络节点。它们将在量子密钥分发（QKD）网络中起到重要的作用。然而，在常用的无源网络架构中功率分配器的存在使得弱量子信号的成功传输具有挑战性。如果QKD和数据信号在无源网络中复用，则尤其如此。分束器引入了量子信号和拉曼噪声之间的不平衡，这会完全阻止量子信号的恢复。在这里，我们介绍了一种方法来克服这一限制，并演示了多用户QKD和全功率数据流量从千兆无源光网络（GPON）的共存。双馈线实现与标准GPON架构兼容，最多可支持128个用户，这表明量子保护的GPON网络在未来可能会很常见。
2015-09-11 physics.optics quant-ph
