Generation of heralded single photons beyond 1100 nm by spontaneous four-wave mixing in a side-stressed femtosecond laser-written waveguide
我们在飞秒激光直写玻璃波导中实现了单片可集成的先驱光子源。具有宽波长间隔的光子对的产生需要在正常色散区中伴随的大双折射。在这里，通过纳入侧应力轨道，我们生产的波导的双折射率为$1.64\times~10^{-4}$和980 nm附近的传输损耗低至0.21 dB/cm。我们测量了波长间隔为300 nm的光子对，其内部产生速率超过$5.05\times10^6$ /s。二阶关联表明，产生的光子对是在一个强非经典的制度。
2015-11-26 physics.optics quant-ph
Long-lived telecom-heralded single-photon storage in an absorptive spin-rephased quantum memory
ICFO - Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；ICREA – Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（加泰罗尼亚高级研究学院）
本研究在掺 Pr³⁺:Y₂SiO₅ 量子存储器中，通过原子频率梳自旋波协议结合 XY4 自旋复相序列，实现了电信 herald 单光子的长寿命非经典存储，为可扩展长距离量子中继链路奠定了重要基础。
2026-09-03 quant-ph
Efficient quantum memory for heralded single photons generated by cavity-enhanced spontaneous parametric downconversion
我们将自发参量下转换（SPDC）晶体和冷原子系综连接起来，通过偏振编码的单光子量子比特实现了高效的量子存储。具体地说，窄带预示单光子从腔增强SPDC源存储使用冷原子系综，与~70%的存储和检索效率和~10 $μ$ s的存储时间在50%的效率。为了防止存储后的退化，我们还操纵单光子波的轮廓，使恢复的非经典性质的单光子被保存。另一方面，双轨存储用于存储偏振编码的量子比特，存储后飞行量子比特的校正保真度达到~ 97%。这些结果为大规模量子网络铺平了道路。
2020-11-30 physics.atom-ph quant-ph
Entangling two Rydberg Superatoms via Heralded Storage
本研究利用里德堡超原子实现了光子的预告存储，并基于此成功纠缠了两个远程超原子，该方法无需中间节点，为量子网络和线性光学量子计算开辟了新途径。
2025-04-07 physics.optics quant-ph
Heralded quantum memory for single-photon polarization qubits
我们提出了一个方案，实现了一个预示量子存储器的单光子偏振量子比特与一个单一的原子被困在一个光学腔。在该方案中，注入的光子只与原子交换量子态，因此通过探测输出光子就可以实现预先存储。我们还证明了该方案可用于实现远距离节点间的量子态传输、交换和纠缠分配。检测操作是否成功的能力对于实际应用至关重要。
2013-08-29 quant-ph
Quantum storage and manipulation of heralded single photons in atomic quantum memories
我们展示了在基于电磁感应透明的原子量子存储器中，来自腔增强自发参量下转换（SPDC）源的窄带预示单光子的存储和操纵。我们发现，非经典的相关性之间的预示和检索的光子存储过程后保存。通过在反演过程中改变耦合场的强度，我们进一步证明了单光子的波形或带宽可以被操纵，甚至可以增强光子对之间的非经典关联。与以前的工作不同，我们的SPDC源是单模的频率，这不仅减少了实验的复杂性所产生的外部滤波，但也增加了有用的光子产生率。我们的结果可以很容易地放大，从而为未来实现大规模应用在量子信息处理奠定了基础。
2019-07-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Creation, storage, and on-demand release of optical quantum states with a negative Wigner function
光的高度非经典量子态，其特征是具有负值的维格纳函数，迄今为止只以一种预示的方式被创造出来。在这种情况下，所需的输出很少且随机地从量子态发生器中出现。一个重要的例子是高纯度单光子态的产生，通常基于一些非线性光学相互作用。与此相反，还报道了利用物质系统的量子化能级结构的按需单光子源。然而，这些源导致高度不纯的输出状态，主要由真空组成。虽然这种不纯态可能仍然表现出某些类似单光子的特征，如反聚束，但它们对于高级量子信息处理来说还不够非经典。另一方面，纯粹的、预示的状态的内在随机性可以通过首先存储然后按需释放它们来规避。在这里，我们提出了这样一个控制释放，我们实验证明它预示着单光子。我们采用了两个光学腔，其中光子都创建和存储在一个腔中，并最终通过另一个腔的动态调谐释放。我们展示了高达300 ns的存储时间，同时在存储后保持单光子纯度在50%左右。这是第一次在按需光子源或量子存储器的输出端演示负维格纳函数。原则上，我们的存储系统与所有类型的非经典状态兼容，包括那些已知对许多高级量子信息协议至关重要的状态。
2013-09-13 quant-ph
High-birefringence direct UV-written waveguides for heralded single-photon sources at telecommunication wavelengths
直接UV写入波导在硅基二氧化硅中制造，双折射率为$(4.9 \pm 0.2) \times 10^{-4}$，远大于先前在该平台中报道的。我们表明，这些波导是适合于产生预示单光子在电信波长的自发四波混频。在1060 nm处的脉冲泵浦场在1550 nm和800 nm附近以高度失谐、光谱不相关的模式产生光子对。波导到光纤的耦合效率为78-91%，实现了所有领域。使用火焰水解沉积工艺通过$\mathrm{GeCl_4}$和$\mathrm{BCl_3}$的掺杂剂浓度来控制波导双折射。该技术为光子量子实验提供了硅基硅集成组件的可扩展性。
2018-05-30 physics.app-ph physics.optics quant-ph
On-chip generation of heralded photon-number states
除了使用真正的单片集成光学平台，我们在这里报告的混合策略，使可配置的预示双光子状态的片上生成。更具体地说，我们结合了两种不同的制造技术，\textit{i.e.}，非线性波导的锂离子酸盐有效的光子对产生和飞秒激光直写波导的光子操纵玻璃。通过实时设备操作能力，可以产生各种路径编码预示的双光子态，从产物到纠缠态。这些状态被设计成具有高纯度水平，通过量子干涉测量获得的纯度分别为99.5 $\pm$ 8\%和95.0 $\pm$ 8\%来评估。因此，我们的策略是进一步利用基于纠缠的协议的里程碑，依赖于工程量子态，并通过可扩展和兼容的光子电路实现。
2016-10-27 quant-ph
Heralded single phonon preparation, storage and readout in cavity optomechanics
我们从理论上分析了如何利用机械振子与光腔场之间的辐射压耦合以预示的方式产生机械运动的单量子（Fock态），并按需释放存储的激发作为单光子。从接近其基态的振荡器开始，激光泵浦上运动边带导致动态反作用放大和相关光子-声子对的产生。因此，一个斯托克斯光子的探测将宏观振荡器投射到单声子福克态。这种机械状态的非经典性质可以通过在下边带上应用读出激光（即光学冷却）以将声子状态映射到光子模式，以及通过对反斯托克斯光子进行自相关测量来证明。我们讨论了我们的建议的相关性，为未来的腔光学力学作为一种使量子技术。
2014-03-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A Time-Multiplexed Heralded Single-Photon Source
光子是量子信息的优良载体，在量子信息处理（QIP）中发挥着重要作用。特别地，经由自发参数下转换（SPDC）的预示的单光子源已经是用于证明小规模QIP的关键技术，然而它们的低生成效率是进一步按比例放大光学QIP技术的关键限制。为了有效地克服SPDC的概率性质，在这里，我们展示了高达30个时隙的周期性泵浦预示单光子源的时间复用，使用可切换的低损耗光存储腔。我们观察到一个最大的单光子的概率为38.6%，在周期性的输出时间窗口，对应于6倍的增强超过非复用源，但没有增加不必要的多光子事件的贡献。将这种时间复用技术与产生纯单光子态的先驱源相结合，应该能够实现比以往任何时候都更大规模的光学QIP系统。
2015-07-22 quant-ph
Cavity enhanced telecom heralded single photons for spin-wave solid state quantum memories
我们报告了一个预示窄带（3 MHz）单光子源兼容的固态自旋波量子存储器的基础上掺镨晶体。利用腔增强下转换产生了宽非简并窄带光子对。其中一个光子在电信波长处，作为预告信号，而预告的单光子在606 nm处，与Pr：YSO的光学跃迁共振。该光源的发光效率为28%，单模产生率超过2000对/mW。通过直接反聚束测量证实了预言场的单光子性质，测得的反聚束参数下降到0.010（4）。此外，我们详细研究光子交叉和自相关函数证明两个光子之间的非经典相关性。本文中提出的结果代表了显着的改进，在按需固态量子存储器中的单光子自旋波存储的演示，预示着电信光子提供了前景。
2016-08-31 quant-ph
Integrated-optics heralded controlled-NOT gate for polarization-encoded qubits
集成光学技术的最新进展使光子学成为量子网络和量子计算协议的一个有前途的平台。集成光学电路的特点是器件占用空间小，具有无与伦比的固有干涉稳定性。在这里，我们利用飞秒激光写入波导的能力来处理偏振编码的量子比特，并提出了一个预示着控制非门芯片上的第一个实现。我们在计算基和叠加基下对该门的性能进行了评估，结果表明该门可以在两个光子之间产生偏振纠缠。通过集成器件的传输使用热膨胀芯光纤和在波导小平面处的热膨胀减小的模场直径来优化。该演示强调了集成量子门用于全光量子网络和量子中继器的可行性。
2018-02-21 quant-ph
Heralded entanglement of on-demand spin-wave solid-state quantum memories for multiplexed quantum network links
ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（光子科学研究所，巴塞罗那科学技术学院）
本文结合窄带参量光子对源与稀土掺杂晶体固态量子存储器，实现空间分离自旋波存储器间的电信预示纠缠，支持按需读取、前馈相移和15模式时间复用。
2025-10-21 quant-ph
Narrowband heralded single photons via Bragg grating inscription in germanium-doped photonic crystal fiber
University of Bath（巴斯大学）；University of Southampton（南安普顿大学）；ORCA Computing Ltd（ORCA计算有限公司）
通过在掺锗光子晶体光纤中刻写布拉格光栅，实现窄带单光子源，适用于量子存储器耦合和异构量子比特接口。
2026-03-10 quant-ph
Engineering integrated photonics for heralded quantum gates
按比例放大线性光学量子计算将需要多光子门，其紧凑、相位稳定、表现出优异的量子干涉，并且通过检测辅助光子而取得成功。我们调查的最佳已知的门设计，满足这些要求的实施：Knill控制的Z门，实现在集成激光写入波导阵列。我们表明，器件性能是更敏感的耦合器反射率的小偏差，所产生的公差值的制造方法，比在电路中的相位变化。模式保真度也被证明是不敏感的反射率和相位误差比工艺保真度。我们最好的器件在理想的4x 4酉电路中实现了0.931+/-0.001的保真度，在理想的计算基础工艺中实现了0.680+/-0.005的工艺保真度。
2015-02-11 quant-ph
Optimal Storage and Retrieval of Single-Photon Waveforms
我们报道了一个利用电磁感应透明（EIT）在高光学深度冷原子中实现单光子波包最佳存储和恢复的实验演示。对于时间相似度为96%的单光子波形，我们获得了（49+/-3）%的最佳存储效率。我们的结果使EIT量子光-物质界面更接近实际的量子信息应用。
2012-07-11 quant-ph
A telecom-wavelength atomic quantum memory in optical fiber for heralded polarization qubits
基于光子的量子信息处理有望产生包括光学量子计算、量子密码学和分布式量子网络在内的新技术。电信波长的偏振编码光子为这些技术的实际实现提供了一个引人注目的平台。然而，尽管在构建与该平台兼容的基本组件方面取得了重要的成功，包括纠缠光子源、有效的单光子检测器和片上量子线路，但是缺少的元件是原子量子存储器，其直接允许在电信波长光子的偏振度中编码的量子态的可逆映射。在这里，我们展示了量子存储和检索的偏振态的预示单光子在电信波长通过实施原子频率梳协议在一个合奏的铒原子掺杂到光纤中。尽管在我们的原理证明演示中存在局限性，例如存储效率和存储时间小，但我们的宽带光物质接口揭示了在未来量子信息处理中使用的潜力。
2015-06-14 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Telecom-heralded entanglement between remote multimode solid-state quantum memories
未来的量子网络将能够在遥远的位置之间分配纠缠，并允许在量子通信，量子传感和分布式量子计算中的应用。这个网络的核心是在远程互连的量子节点上产生和存储纠缠的能力。虽然各种性质的远程物理系统已经成功地纠缠在一起，但这些实现都没有涵盖网络操作的所有要求，例如电信兼容性和多模操作。在这里，我们报告了两个空间分离的量子节点之间的纠缠的演示，其中纠缠存储在多模固态量子存储器中。在每个节点处，掺杂镨的晶体存储相关对的光子，其中第二个光子处于电信波长。放置在不同实验室的量子存储器之间的纠缠通过以高达1.4 kHz的速率检测电信光子来预示，并存储在晶体中预定的存储时间高达25微秒。我们还表明，所产生的纠缠是强大的，对损失的先驱路径，并演示时间复用操作，62个时间模式。我们的实现可扩展到更长距离的纠缠，并为基于固态资源的现场部署的多路复用量子中继器提供了一条可行的路线。
2021-01-13 quant-ph
A multiplexed light-matter interface for fibre-based quantum networks
利用光子通过光纤或自由空间链路处理和分发量子信息，对于构建未来的量子网络至关重要。这种网络所需的可扩展性可以通过采用被复用到时间和/或频率中的光子量子态以及能够以大的时间带宽积和多模容量存储和处理这种状态的光物质接口来实现。尽管在开发此类设备方面取得了重要进展，但使用非经典光来演示这些功能仍然具有挑战性。采用低温冷却掺铒光纤中的原子频率梳量子存储协议，我们报道了在通信波长（1.53 μm）处的预言单光子的量子存储，其时间带宽积接近800。此外，我们展示了频率多模存储以及基于记忆的光谱时间光子操纵。值得注意的是，我们的演示依赖于在电信波长下运行的完全集成的量子技术，即用于产生预示单光子的光纤尾纤非线性波导，用于光子存储和操纵的掺铒光纤，以及用于有效单光子检测的光纤接口超导纳米线设备。随着存储效率的提高，我们的光物质接口可能成为未来量子网络的有用工具。
2015-11-26 quant-ph
Quantum Light Storage in Solid State Atomic Ensembles
在本章中，我们将描述在固态环境中原子系综中量子光（预示的单光子和纠缠光子）的存储和检索。我们将考虑嵌入电介质晶体中的稀土离子系综。我们将描述用于创建与窄原子跃迁光谱兼容的量子光的方法，以及基于偶极重新定相的可能协议，该协议可用于将量子光可逆地映射到集体原子激发上。我们将回顾最先进的实验状态，并更详细地描述钕和镨掺杂晶体中的量子光存储实验。
2015-02-01 quant-ph
Storage and retrieval of ultrafast single photons using a room-temperature diamond quantum memory
我们报告的存储和检索的单光子，通过量子存储器，在室温下散装金刚石的光学声子。太赫兹带宽预示的光子产生的自发参数下转换和映射到声子通过拉曼跃迁，存储一个可变的延迟，并按需释放。存储器输出的二阶相关性为$g^{(2)}(0) = 0.65 \pm 0.07$，表明在整个存储和检索过程中保留了非经典光子统计。该存储器具有低噪声、高速和广泛可调的特点，因此有望成为局部量子处理应用的多功能光物质接口。
2014-09-11 quant-ph
Heralded photonic graph states with inefficient quantum emitters
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本研究提出一种适配低效量子发射器的光子图态预示生成方案，将大图态构建时间的指数级缩放降至多项式级，额外开销为新增自旋量子比特与纠缠门，无需非破坏性测量和高效光子存储即可实现基于测量的量子计算等任务，并构建了可在当前硬件高效运行的安全两方计算协议。
2025-01-28 quant-ph
Quantum Memory with Optically Trapped Atoms
报道了在远失谐光偶极阱中实现原子集体态量子存储的实验研究。集体原子态的产生是由拉曼散射光子的检测预示的，并伴随着在原子系综中的存储。光偶极阱在量子存储过程中对原子提供了限制，同时保持了原子的相干性。我们通过拉曼散射产生的光子对的互相关和存储在存储器中的原子态的检索来探测量子存储。非经典的相关性观察到的存储时间高达60微秒。
2008-08-20 quant-ph
Quantum storage of polarization qubits in birefringent and anisotropically absorbing materials
将量子信息编码成真正的单光子进行存储是基于量子中继器的长距离量子通信和光学量子信息处理的重要组成部分。然而，光子偏振量子比特的存储是复杂的，因为许多材料是双折射的，并且具有偏振相关的吸收。在这里，我们提出并证明了一个简单的方案，允许补偿这些偏振效应。该方案表明，使用一个固态量子存储器实现的合奏稀土离子掺杂到双轴硅酸钇（$Y_2SiO_5$）晶体。存储从经滤波的自发参量下转换源生成的预示的单光子，并且取回的偏振态的量子态层析成像揭示了$97.5 \pm 0.4%$的平均保真度，其显著高于利用测量和准备策略可实现的保真度。
2012-02-24 quant-ph
Quantum storage of 1650 modes of single photons at telecom wavelength
为了充分发挥量子网络的潜力，人们应该能够以可观的速率在长距离上分配量子资源。因此，网络中的所有组件都需要具有大的多模容量来操纵光子量子态。为此，多模光子量子存储器，特别是在电信波长下工作的光子量子存储器，仍然是一个关键的挑战。在这里，我们展示了在1532 nm的光谱时间复用量子存储器。在10米长的低温冷却掺铒石英光纤中，采用原子频率梳协议实现了通信波段单光子的多模量子存储。多路复用包括五个光谱通道-每个10 GHz宽-并且在每个通道中多达330个时间模式，从而同时存储1650个单光子模式。我们的演示为高速率量子网络打开了大门，这对未来的量子互联网至关重要。
2023-02-08 quant-ph
Fast delivery of heralded atom-photon quantum correlation over 12km fiber through multiplexing enhancement
本研究实验实现了通过多路复用增强在12公里光纤上生成预示型原子-光子量子关联，提升了关联生成速率与存储器退相干速率的比值，为大规模量子中继器网络的实现奠定了基础。
2024-03-21 quant-ph
Remote distribution of non-classical correlations over 1250 modes between a telecom photon and a $^{171}$Yb$^{3+}$:Y$_2$SiO$_{5}$ crystal
量子中继器的基础上预示着纠缠需要量子节点，能够产生多模量子关联之间的存储器和电信光子。通信速率与模式的数量呈线性关系，但高度多模量子存储仍然具有挑战性。在这项工作中，我们展示了一个原子频率梳量子存储器的时域模式容量为1250模式和带宽为100 MHz，据我们所知，最大数量的模式存储在量子制度。该存储器基于掺杂有$^{171}Yb^{3+}$离子的$Y_{2}SiO_{5}$晶体，具有979 nm的存储波长。存储器与979和1550 nm处的非简并光子对源接口，其带宽与量子存储器匹配。我们得到强的非经典的二阶交叉相关的所有模式，存储时间高达$25$ $μs$。在释放存储光子之前，通信光子通过5公里的光纤传播，这是基于纠缠和前馈操作的量子中继器的关键能力。在这个实验的基础上，应该允许远程量子节点之间的纠缠分布，由于多模容量高，速率提高。
2022-05-03 quant-ph
On-demand multimode optical storage in a laser-written on-chip waveguide
量子存储器是大规模量子网络的基本构建块。大带宽、高多模容量和集成结构的按需光存储在实际应用中至关重要。然而，这一点尚未得到证实。在这里，我们制作了一个片上波导中的$\mathrm {^{151}Eu^{3+}:Y_2SiO_5}$晶体的插入损耗为0.2 dB，并提出了一种新的泵浦方案，使自旋波原子频率梳（AFC）存储与11 MHz的带宽内的波导。在此基础上，我们展示了200个时间模式的存储使用AFC计划和条件按需存储的100个时间模式使用自旋波AFC计划。对于AFC和自旋波AFC存储，读出光场和参考光场之间的干涉可见度分别为$99.0\% \pm 0.6\%$和$97\% \pm 3\%$，这表明这种低损耗、多模和集成存储器件的相干性质。
2022-05-25 physics.optics quant-ph
Optically Loaded Semiconductor Quantum Memory Register
我们提出并分析了一种利用自组装量子点分子和电选通量子点分子之间的电容耦合的光加载量子存储器。自组装点用于自旋光子纠缠，其通过单光子探测预示的隐形传态过程转移到门控点进行长期存储或处理。我们说明了一个设备架构，使这种相互作用，我们概述了它的操作和制造。我们提供了自洽的泊松-薛定谔模拟，以建立设计的可行性和完善的设计，并估计的物理耦合参数和它们的灵敏度点的位置。我们提出的设备产生光子量子比特和固态量子比特之间的纠缠态的预示副本，故障时具有快速重置时间。由此产生的纠缠产生的快速速率对于涉及有损光信道的量子网络场景具有很高的实用性。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-Photon Storage in a Ground-State Vapor Cell Quantum Memory
接口单光子源和光子的量子存储器共同构成了量子技术的基础组件。实现异构、最先进设备之间的兼容性是一个长期的挑战。我们建立了一个预示单光子源的基础上腔增强自发参量下转换在ppKTP和匹配的存储器的基础上的电磁诱导透明的温暖$^{87}$ Rb蒸汽，并成功地接口。由源发射的光子的带宽为370 MHz，将其速度置于技术相关的范围内，同时保持在存储器的接受带宽内。同时，实验复杂性保持较低，所有组件都在室温或高于室温下操作。利用自旋极化原子的超精细结构中的极化选择规则，大大降低了存储器的读出噪声。我们首次在基态汽泡存储器中演示了单光子存储和检索，其中$g_{c,\text{ret}}^{(2)}=0.177(23)$演示了检索光的单光子特性。我们的单光子源和原子存储器的平台是有吸引力的未来实验上的室温量子网络工作在高带宽。
2022-04-26 quant-ph
Heralded Free-Electron Writing of the Most Subradiant State in an Atomic Array
School of Physics and Technology, Wuhan University（武汉大学物理科学与技术学院）；Department of Physics, Friedrich-Alexander University (FAU) Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学物理系）；Wuhan Institute of Quantum Technology（武汉量子技术研究院）
该研究提出用自由电子作为量子写入器，通过匹配波矢与包络，可高保真制备原子阵列的最亚辐射态，还能激发平行原子链的强亚辐射反对称态。
2026-08-05 physics.optics quant-ph
Telecom-band integrated multimode photonic quantum memory
针对大容量兼容光纤通信的量子网络需求，团队在激光直写Er³⁺:LiNbO₃波导芯片上实现电信波段光纤集成多模单光子量子存储，可存330个时间模式，符合率提升167倍，推动集成光子量子网络发展。
2023-06-14 quant-ph
Temporal Wheeler's delayed-Choice Experiment based on Cold Atomic Quantum Memory
目前，单光子波粒互补的最吸引人的特点是线性光学、核磁共振和集成光子器件系统中著名的惠勒延迟选择实验。在单光子水平上研究光与物质相互作用中的波粒行为是一个具有挑战性和有趣的问题，它给出了单光子在光与物质相互作用中的补充作用。在光与原子存储器的界面上进行了Wheeler延迟选择实验，其中冷原子存储器将预示的单光子分成原子集体激发和泄漏脉冲的叠加，从而起到存储分束器的作用.通过改变量子随机数发生器的相对比例、二次存储器的效率以及两个存储器的相对存储时间，观察到了单个光子在量子随机数发生器中粒子与波之间的变形行为。结果表明，在光与原子相互作用界面下，单光子具有互补性。
2019-02-18 quant-ph
Quantum repeater with Rydberg blocked atomic ensembles in fiber-coupled cavities
我们提出并分析了一种量子中继器结构，在该结构中，光学腔中的里德堡阻挡原子系综通过光纤连接。纠缠的产生，交换和纯化是通过集体激光操纵的合奏和光子传输。纠缠的成功传输和存储是由电离事件而不是以前的方案中使用的光子探测信号来预示的。我们演示了如何高电荷检测效率允许缩短平均纠缠产生时间，我们分析了我们的方案与合奏Cs原子的实施。
2013-12-11 quant-ph
Efficient integrated quantum memory for light
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本文提出基于稀土离子掺杂晶体与阻抗匹配微腔集成的两种新型量子存储架构，实现了弱相干脉冲80.3%和单光子69.8%的创纪录存储效率，并具备20个时间模式存储能力及光谱可调性，为可扩展量子网络和芯片级光子处理器提供了硬件基础。
2025-11-08 quant-ph
Quantum network nodes based on diamond qubits with an efficient nanophotonic interface
量子网络需要由具有高保真量子处理和存储能力的固定寄存器组成的功能节点，其与在光纤中传播的光子有效地接口。我们报告了使用具有嵌入式硅空位（SiV）色心和近端核自旋的金刚石纳米腔实现此类节点的重要一步。具体而言，我们表明，有效的SiV腔耦合（与协同性$C >30$）提供了一个近乎确定性的光子和电子自旋存储器之间的接口，具有超过一毫秒的相干时间。采用相干微波控制，我们展示了预示单光子存储在长寿命的自旋存储器以及一个通用的控制腔耦合的两个量子位寄存器组成的SiV和近端$^{\mathrm{13}}$ C核自旋与近秒长的相干时间，奠定了基础，实现量子中继器。
2019-08-01 quant-ph
Synchronization of optical photons for quantum information processing
光子量子比特量子信息处理的一个基本要素是两个光子通过HOM效应聚束在一起时的非经典量子干涉。最终，许多这样的纯光子必须在复杂的干涉测量网络中进行处理，为此，必须同步飞行光子的到达时间，以保持其纯度。在这里，我们第一次证明了HOM干涉的两个预示，纯光子同步通过两个独立的量子存储器。控制存储时间高达1.8微秒，每秒约90个事件，实现了纯度足够高的负维格纳函数与零差测量确认。
2015-09-15 quant-ph
Storage and analysis of light-matter entanglement in a fibre-integrated system
部署一个成熟的量子互联网带来了一个挑战，即为远程量子节点之间的纠缠分发找到足够的构建块。一个理想的系统将把光纤中的传播与光的量子存储器结合起来，利用现有的通信网络，同时具有扩展到网络规模所需的可扩展性。在这里，我们展示了一个光纤集成的量子存储器纠缠与光子在电信波长。该存储器件基于掺稀土固体中的光纤尾纤激光写入波导，并允许存储器的全光纤稳定寻址。使用基于光纤的干涉仪进行纠缠的分析。我们的研究结果在光物质纠缠的集成存储的存储时间和效率方面具有数量级的进步，并向使用集成器件的量子网络迈出了重要的一步。
2022-01-10 quant-ph
Reliable coherent optical memory based on a laser-written waveguide
掺$\mathrm {^{151}Eu^{3+}}$的硅酸钇（$\mathrm {^{151}Eu^{3+}:Y_2SiO_5}$）晶体是一种独特的具有超精细态的材料，其相干时间可达6 h.许多努力致力于开发这种材料作为基于体晶体的光量子存储器，但迄今为止，还没有证明可以将基于$\mathrm {^{151}Eu^{3+}:Y_2SiO_5}$的量子存储器推广到实际应用的可集成结构（例如光波导）。在这里，我们报告的制造2型波导的$\mathrm {^{151}Eu^{3+}:Y_2SiO_5}$晶体使用飞秒激光微加工。所得到的波导与单模光纤兼容，并且具有最小的插入损耗$4.95\ dB$。采用自旋波原子频率梳（AFC）方案和沉默回波恢复（ROSE）方案在波导中实现了按需光存储。我们基于这两种方案实现了一系列的干扰实验来表征存储保真度。对于自旋波AFC方案，读出脉冲的干涉可见度为$0.99\pm 0.03$，而对于ROSE方案，读出脉冲的干涉可见度为$0.97\pm 0.02$，证明了集成光存储器的可靠性。
2020-02-20 quant-ph
Temporally and spectrally multiplexed single photon source using quantum feedback control for scalable photonic quantum technologies
当前对可扩展光子量子技术的提议需要具有非常高的效率（具有低于$1\%$的未知损耗）的不可区分的单光子的按需源。即使在该领域取得了最新进展，在要求和最先进的性能之间仍然存在显著差距。在这里，我们提出了一个片上源的多路复用，预示着光子。利用量子反馈控制的光子存储腔的优化驱动协议，我们估计按需效率的$99\%$和未宣布的损失的顺序$1\%$，假设高效率的检测器和本征腔品质因数的顺序$10^8$。我们进一步解释如何时间和频率复用可以并行使用，以显着降低设备的要求，如果单光子频率转换是可能的，在相同的范围内的效率$99\%$。
2018-02-20 quant-ph
Room-temperature high-speed nuclear-spin quantum memory in diamond
量子存储器提供量子信息的中间存储，直到量子算法或量子通信过程的下一步骤需要它为止。因此，相关的品质因数是信息写入和检索的保真度、存储时间以及读写过程的速度。在这里，我们提出的实验数据组成的一个单一的$^{13}$ C核自旋的氮空位（NV）中心的金刚石的电子自旋强烈耦合的量子存储器。最近邻碳的强超精细相互作用导致寄存器量子位和存储器量子位之间的传输时间为300 ns，写入-存储-读取周期的总体保真度为88%。所观察到的存储时间为3.3 ms，似乎受到电子自旋的T $_1$弛豫的限制。我们讨论了一种可能的方案，可以延长存储时间超过这个限制。
2013-01-03 quant-ph
Efficient reversible entanglement transfer between light and quantum memories
光与物质之间的可逆纠缠转移是量子信息技术不断发展的关键。量子网络及其设想的应用，例如，除了直接传输、分布式量子计算或增强感测之外的安全通信依赖于节点之间的纠缠分布。虽然已经证明了纠缠转移，但目前的障碍是该过程的有限效率，这可能会损害多步骤架构的可扩展性。在这里，我们展示了有效的转移预示着单光子纠缠进出两个量子存储器的基础上大合奏的冷铯原子。我们实现了一个整体的存储和检索效率为85%，连同保存的抑制约10%的相干态的值的双光子分量。我们的工作是实现大规模网络和增加功能所需的重要能力。
2021-04-13 quant-ph
Room temperature caesium quantum memory for quantum information applications
量子存储器是量子信息网络的关键部件。它们按需存储和检索信息的能力使重复直到成功的战略具有可扩展性。热碱金属蒸气是实现这种存储器的有趣候选者，这要归功于它们的长存储时间和实验简单性。利用拉曼协议的操作实现了高时间带宽产品，这允许经由基于存储器的时间复用对概率操作的量子门进行多次同步试验。这使得拉曼存储器成为一种有前途的工具，其宽光谱带宽便于与其他光子基元（如单光子源）直接接口。在这里，这样一个光-物质界面是在温暖的铯蒸气中实现的。首先，我们研究了偏振编码信息在存储器中的存储。当在偏振干涉仪内的双轨配置中操作拉曼存储器时，可以实现对明亮相干态输入信号的高质量偏振保持。第二，将预示的单光子存储在存储器中。为此，存储器通过源预示事件的前馈按需操作，这是关键的技术能力。在存储之前，在自发参数下转换源中产生单光子，其定制设计在光谱上将光子定制到存储器接受线。存储的单光子的忠实检索被发现是目前有限的存储器中的噪声，在存储器输出的信噪比为0.3。然而，通过测量信号的光子统计，在取回的光中观察到输入的量子性质的明显影响。最后，详细研究了记忆噪声过程。四波混频噪声被确定为拉曼存储器的唯一重要噪声源。
2017-06-04 quant-ph
Coherent Optical Memory Baesd on A Laser-written On-chip Waveguide
量子存储器是构建大规模量子网络的核心器件。对于可扩展和方便的实际应用，集成光存储器，特别是片上光存储器，是至关重要的要求，因为它们可以很容易地与其他片上器件集成。在这里，我们报告的相干光存储器的基础上的IV型波导上制作的表面上的稀土离子掺杂晶体（即$\mathrm{Eu^{3+}}$：$\mathrm{Y_2SiO_5}$）。表面波导内的$\mathrm{Eu^{3+}}$离子的光学跃迁（$\mathrm{{^7}F{_0}\rightarrow{^5}D{_0}}$）的性质与体晶体的光学跃迁的性质相比被很好地保持。在IV型波导中实现了自旋波原子频率梳存储。该装置的可靠性通过回收脉冲和参考脉冲之间的${97\pm 1\%}$的高干涉可见度得到证实。开发的片上光存储器为集成量子节点铺平了道路。
2020-12-04 quant-ph
Single calcium-40 ion as quantum memory for photon polarization: a case study
以钙离子和波长为854 nm的光子为例，提出了几种单光子偏振态在单离子中的预示存储方案。我们比较的效率的计划和他们的实施方面的准备的初始状态的离子，吸收过程及其分析的要求。这些方案可以用来通过纠缠交换来产生和预示两个遥远离子的纠缠;它们很容易适应其他原子系统和波长。
2013-11-06 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Memory-assisted measurement-device-independent quantum secret sharing
提出一种量子内存辅助的MDI-QSS协议，通过同步三个单光子源提升效率，模拟显示安全密钥率和传输距离显著优于现有无QM协议。
2024-05-27 quant-ph
An Integrated Optical Memory based on Laser Written Waveguides
我们报告的第一个实现的集成光存储器的基础上的激光写入波导掺杂晶体。利用飞秒激光微加工技术在Pr $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$晶体中制备了光波导。我们表明，波导铭文不影响材料的相干性，并且波导中的光限制增加了与活性离子的相互作用的因子6。我们还表明，类似于散装晶体，我们可以操作的光泵浦协议，必要的准备人口在原子频率梳，我们用来证明光存储在激发态和自旋态的Praseoorbicion。我们的研究结果代表了第一次实现的Pr $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$晶体中的激光写入波导和第一次实现的集成按需自旋波光存储器。它们为集成量子存储器开辟了新的前景。
2016-05-31 physics.optics quant-ph
Single-photon interference due to motion in an atomic collective excitation
我们在实验上演示了原子集体自旋激发（CSE）产生双色单光子。光子到达时间显示集体量子拍频，这是CSE中原子相对运动产生的一种新的干涉效应。速度选择性激发与强激光修整和添加磁场的组合允许对这种集体拍现象进行精细控制。本实验使用具有近红外光子的菱形方案，其可以扩展到包括折射波长或修改以允许在倒Y方案中存储和检索。
2017-05-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
On-demand storage of photonic qubits at telecom wavelengths
电信波长的量子存储器对于基于现有光纤网络构建大规模量子网络至关重要。电信光子量子比特的按需存储是这种网络应用的基本要求，但尚未得到证明。在这里，我们展示了电信光子量子比特的存储和按需检索使用的激光写入波导制作在$^{167}$ Er $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$晶体。波导存储器的两端直接与光纤阵列连接，光纤到光纤的效率为51%。用单光子相干脉冲编码的时间仓量子比特可以获得98.3（1）%的存储保真度，这远远超过了经典的测量和准备策略所能达到的最大保真度。该器件具有高可靠性、易扩展性，可直接集成到光纤网络中，在基于光纤的量子网络中发挥重要作用。
2022-11-16 physics.optics quant-ph
High-speed noise-free optical quantum memory
量子网络有望彻底改变计算、模拟和通信。光是量子网络的理想信息载体，因为它的特性不会因环境条件下的噪声而退化，并且它可以支持大带宽，从而实现快速操作和大信息容量。量子存储器，即存储，操纵和按需释放量子光的设备，已被确定为光子量子网络的关键组件，因为它们促进了可扩展性。然而，由存储器引入的任何噪声都可以通过破坏光的量子特性来使设备经典化。本文介绍了一种基于双光子非共振级联吸收（ORCA）的无噪声存储协议。因此，我们证明了第一次成功的存储GHz带宽预示着单光子在温暖的原子蒸气，没有增加噪音，确认了召回后不变的光子统计。我们的ORCA存储器平台满足量子存储器的严格噪声要求，同时提供技术简单性和高速操作，因此可立即应用于低延迟量子网络。
2018-04-11 quant-ph
Mapping photonic entanglement into and out of a quantum memory
量子信息科学的最新发展主要依赖于纠缠，这是量子力学的一个有趣的方面，其中复合系统的部分可以表现出比任何经典对应物更强的相关性。特别是，可扩展的量子网络需要通过光子通道在遥远的物质节点之间创建、存储和分发纠缠的能力。原子系综可以扮演这样的节点的角色。到目前为止，在光子计数机制中，已经通过概率协议成功地证明了原子系综之间的纠缠。然而，这种方法的一个固有缺点是纠缠量和其制备概率之间的折衷，本质上导致高纠缠的低计数率。在这里，我们报告了一个协议，两个原子系综之间的纠缠是由相干映射的纠缠态的光。通过分裂单光子和随后的状态转移，我们分离了纠缠的产生和存储。经过一个可编程的延迟后，存储的纠缠被映射回光子模式，总效率为17%。单光子源的改进以及我们的协议将使原子系综的“按需”纠缠成为可能，这是量子网络的强大资源。
2007-12-23 quant-ph
Distribution of light-matter quantum correlations with a temporally multiplexed solid-state quantum memory array
ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科技研究所）；ICREA, Institucio Catalana de Recerca i Estudis Avançats（ICREA，加泰罗尼亚研究与高级研究学院）
本研究利用时间复用固态量子存储器阵列，结合空间与时间复用，在39.1公里光纤上实现了电信光子与多达60个时空模式的量子关联，将相关电信光子检测速率提升60倍，为长距离量子网络奠定基础。
2026-09-15 quant-ph
A millisecond integrated quantum memory for photonic qubits
本文在151Eu3+:Y2SiO5晶体中利用激光写入波导和片上电波导动力学解耦，实现了1.021 ms的光子量子比特存储及12.0(0.5)%效率，证明集成量子存储器优于光纤延迟线。
2025-04-10 quant-ph
