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
Heralded generation of high-purity ultrashort single photons in programmable temporal shapes
我们通过实验证明了电信波长的参量下转换（PDC）源预示着具有任意时间形状的近纯单光子源。该技术通过内部制造的具有成形泵浦脉冲的波导的定制色散来实现，以直接生成按需时间形状的PDC光子。我们产生PDC光子厄米高斯和频率分箱模式，并确认最低纯度为0.81，即使是复杂的时间形状。
2018-01-28 quant-ph
Quantum repeaters based on heralded qubit amplifiers
基于最近提出的量子比特放大器[N. Gisin，S. Pironio和N. Sangouard，Phys. Rev. Lett. 105，070501（2010）]。它依赖于按需纠缠光子对源，该源使用按需单光子源、线性光学元件和原子系综。有趣的是，影响从该源产生的状态的缺陷，例如由具有非单位效率的检测器引起的，从基于双光子检测的纠缠交换操作中系统地纯化。这允许在非常长的距离上以高保真度分配纠缠，即没有真空组件和多光子错误。因此，所得到的量子中继器架构不需要最终的后选择，从而实现高纠缠分发速率。这也提供了独特的机会，设备无关的量子密钥分发在长距离与线性光学和原子合奏。
2011-11-22 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
Heralded generation of single photons entangled in multiple temporal modes with controllable waveforms
时间仓纠缠单光子是长距离量子通信中的一个迫切需求。我们提出了一个可调谐窄带单光子纠缠在分离良好的多个时间模式（时间仓）可控幅度的预示源。通过弱写入脉冲的拉曼散射在冷原子系综中产生的单个斯托克斯光子的检测预示着存储在原子介质内的一个自旋激发的准备。读取激光脉冲的训练确定性地将原子激发转换成在多时间仓中离域的单个反斯托克斯光子。仓的波形由读取脉冲参数很好地控制。提出了一种测量所有时间点相位相干性的方法。
2014-11-16 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 non-destructive quantum entangling gate with single-photon sources
量子纠缠量子门是实现大规模光量子计算的重要器件。然而，在线性光学系统中，由于参量下转换过程中的随机源和双对辐射的存在，使得在实验上实现真正的自由飞行光子纠缠门成为一个难题。在这里，通过使用基于嵌入微柱腔中的半导体量子点的按需单光子源，我们首次展示了两个单光子之间的预示受控非（CNOT）操作。为了表征CNOT门的性能，我们估计其平均量子门保真度为（$87.8\pm1.2$）%。作为一个应用程序，我们生成了保真度为（$83.4\pm2.4$）%的事件就绪Bell状态。我们的研究结果是光子-光子量子逻辑门发展的重要一步。
2021-01-16 quant-ph
Interfacing GHz-bandwidth heralded single photons with a room-temperature Raman quantum memory
光子学是量子技术的一个有前途的平台。然而，光子源和双光子门目前仅概率地操作。因此，如果没有多路复用策略来主动选择成功的事件，大规模的光子处理将是不可能的。高时间带宽积量子存储器-按需存储和检索单光子的设备-通过主动同步提供了有效的补救措施。在这里，我们接口的GHz带宽预示着单光子源和室温拉曼存储器的时间带宽产品超过1000。我们存储预示的单光子，并观察到一个明确的影响，输入光子的统计上检索的光，这与我们的理论模型。存储字段的统计数据的保存是有限的四波混频噪声，我们确定为关键的剩余挑战，在可扩展的光子信息处理的实际存储器的发展。
2014-05-06 quant-ph
Heralded Two-Photon Entanglement from Probabilistic Quantum Logic Operations on Multiple Parametric Down-Conversion Sources
一个理想的受控非门，然后是投影测量，可以用来识别其两个输入量子比特的特定贝尔态。当输入的量子比特是独立的贝尔态的每个成员时，这些投影测量可以用于将后选择的纠缠交换到剩余的两个量子比特上。在这里，我们应用这种策略来产生预示的双光子偏振纠缠使用贝尔状态，源自独立的参数下转换源，和一个特定的概率受控非门，是从线性光学元件构造。由此产生的实现与Sliwa和Banaszek [quant-ph/0207117]的早期提议密切相关，并且可以根据熟悉的量子信息协议直观地理解。还讨论了通过从独立的周期性量子存储器件中存储和释放这些预示的对来产生双光子纠缠的“伪需求”源的可能性。
2003-03-18 quant-ph
Multi-objective design of photon blockade for bright single-photon sources
Seoul National University（首尔大学）；University of Seoul（首尔大学）
提出一种基于Liouville空间伴随公式和雅可比更新的计算框架，结合模拟退火，实现光子阻塞单光子源的多目标优化，在宽参数空间内以近60%成功率达到g2(0)<0.1和理论亮度上限。
2026-06-19 physics.comp-ph quant-ph
High-efficiency single-photon generation via large-scale active time multiplexing
按需产生不可区分的单光子和多光子态是扩大光量子信息和通信应用的关键技术。几十年来，非线性参量光子对源和先驱单光子源一直是量子信息应用的标准光源。然而，在这样的源中产生的光子对的数量的固有不确定性是阻止按需光子对和预示的单光子产生的关键缺点。在这里，我们展示了大规模的时间复用不可区分的预示单光子，采用低损耗的HSPS和可调延迟线。我们观察到66.7%的单光子状态的存在概率收集到一个单模光纤复用40个周期性的时间仓预示单光子。据我们所知，这是迄今为止实现的最高光纤耦合单光子概率。我们的时间复用光子的高不可分辨性（~90%）也得到了证实。我们还通过实验研究了使用不同泵浦功率的HSPS的单光子概率和不需要的多光子贡献的权衡关系。我们的研究结果表明，低损耗，大规模的复用可以实现高效的单光子产生以及高度可扩展的多光子产生从低效的HSPS。我们预测，我们的大规模时间复用将为以前所未有的效率产生> 30个重合光子铺平道路，从而开辟光学量子信息处理的新前沿。
2018-03-13 quant-ph
Antibunched Emission of Photon-Pairs via Quantum Zeno Blockade
我们提出了一种新的方法，即“量子芝诺封锁”，用于管理在一般的非线性光学介质，如晶体，光纤，硅微环，和原子蒸气的光散射在几个光子的水平。使用这个工具，可以实现光子对的反聚束发射，从而导致强大的量子光学应用，如确定性纠缠产生而不需要预兆。在一个实际的实施方案中，使用一个芯片上的环形微腔浸没在铷蒸气中，我们估计，高保真纠缠光子可以按需产生在MHz的速率或更高，相应的$\gtrsim10^7$倍的改进，从国家的最先进的。
2011-11-29 quant-ph
On-demand population of Andreev levels by their ionization in the presence of Coulomb blockade
提出利用共振微波驱动布居并电离 Andreev 能级、借助残余库仑排斥确定性制备纳米线 Josephson 结奇/偶宇称态的机制，并解释相关实验。
2023-12-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid photonic circuit for multiplexed heralded single photons
量子光学实验的一个关键资源是电信波长的单光子和多光子状态的按需源。这封信提出了一个预示单光子源的基础上的混合技术的方法，结合高效率的周期性极化的锂硼酸盐波导，低损耗的激光刻写电路，和快速（>1 MHz）的光纤耦合电光开关。混合接口不同的平台是一个很有前途的路线，利用现有技术的优势，并允许演示的四个相同的单光子源的多路复用到一个输出。由于这是一项集成技术，它提供了可扩展性，并可以立即利用传输，检测和光子产生效率的任何改进。
2014-02-28 physics.optics quant-ph
High-fidelity non-adiabatic dark state gates for neutral atoms
Zentrum für Optische Quantentechnologien, Universität Hamburg（汉堡大学光学量子技术中心）；The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging, Universität Hamburg（汉堡超快成像中心，汉堡大学）；UTC Quantum Center, University of Tennessee, Chattanooga（田纳西大学查塔努加分校UTC量子中心）
本文提出利用量子最优控制实现高保真的非绝热暗态门，以中性原子量子处理器中实现快速且鲁棒的双量子比特门操作。
2026-11-03 quant-ph
General and complete description of temporal photon correlations in cavity-enhanced spontaneous parametric down-conversion
单光子源是光量子技术应用中最常用的光源。有强烈的需求，准确预测其光谱特征和时间相关性与不断增加的精度。这是特别重要的内在随机光子对产生过程中预示的来源。在这里，我们提出了一个完整的理论描述的时间相关的信号空闲，信号信号和信号信号空闲的连续波泵浦腔增强自发参量下转换产生的光子的重合。该理论很好地预测了测量，这已经在我们的设置中实验证实，利用单光子探测器具有高的时间分辨率。这使我们能够解决和分析的多光子关联函数非常详细。
2020-07-23 quant-ph
Single-photon blockade in doubly resonant nanocavities with second-order nonlinearity
我们提出了使用纳米结构的光子纳米腔制成的二阶非线性材料作为前瞻性的无源器件，通过单光子阻塞输入相干场产生强亚泊松光。最简单的方案是基于纳米腔是双谐振的要求，即具有在基波和二次谐波频率下具有良好空间重叠的腔模式。我们讨论了这个方案的可行性与国家的最先进的纳米纤维技术，以及使用它作为一个被动的单光子源的需求的可能性。
2013-06-26 cond-mat.mes-hall 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
Efficient high-fidelity quantum computation using matter qubits and linear optics
我们提出了一个实用的，可扩展的，和有效的方案，量子计算使用空间分离的物质量子比特和单光子干涉效应。量子比特系统可以是金刚石中的NV中心，具有过量电子的Pauli阻塞量子点或具有光学跃迁的捕获离子，它们各自被放置在腔中，随后使用双预示单光子检测方案纠缠。由此产生的纠缠的保真度是非常强大的对最重要的错误，如探测器的损失，自发发射，和腔参数的失配。我们演示了如何使用这种纠缠操作来有效地生成许多量子位的簇态，这些簇态与单量子位操作和读出一起，可用于实现通用量子计算。现有的实验参数表明，高保真集群可以产生一个温和的恒定开销。
2005-02-03 quant-ph
Near-unity indistinguishability of single photons emitted from dissimilar and independent atomic quantum nodes
本文利用完全阻塞的冷里德堡系综与DLCZ量子存储器两类独立原子节点，实现94.6±5.2%的高单光子不可区分度，为高效高保真量子网络互连奠定基础。
2024-06-12 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
Multiphoton blockade by multi-tone drive
提出利用多音驱动在单模光学 Kerr 谐振器中依次共振激发低阶多光子态，从而在弱驱动条件下增强并实现双光子和三光子阻塞。
2025-06-15 physics.optics quant-ph
Quantum correlations between single telecom photons and a multimode on-demand solid state quantum memory
长寿命量子存储器和通信光子之间的量子关联是实现大规模量子信息网络的重要资源。原子和固态系统在这个方向上已经取得了重大进展。在这里，我们展示了电信光子和多模按需固态量子存储器之间的量子相关性。这是通过将相关单光子映射到Pr $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$晶体中的自旋集体激发上持续可控时间来实现的。存储的单光子由腔增强自发参量下转换（SPDC）产生，并由它们在电信波长的伙伴光子预示。这些结果代表了第一次演示的多模按需固态量子存储器的外部量子态的光。它们为量子中继器提供了重要的资源，并为实现具有远程固态量子节点的量子信息网络铺平了道路。
2017-08-22 quant-ph
Single Photon Source with Individualized Single Photon Certifications
正如目前所实现的那样，单光子源无法以高概率产生单光子，同时抑制产生两个或更多光子的概率。正因为如此，单光子源不能真正按需产生单光子。我们描述了一个多路复用系统，允许产生一个和多个光子的概率进行独立调整，使一个更好的近似源的单光子的需求。该方案使用基于参数下转换的预示光子源，但是通过有效地将触发探测器区域分解为多个区域，我们能够提取比传统布置更多的关于预示光子的信息。这个方案允许光子产生，同时有一个定量的“证明”，证明它们是单光子。一些单光子认证可以明显优于传统下转换源（使用统一的触发探测器区域），以及优于微弱的激光源。有了这样一个更严格认证的单光子源，应该有可能提高量子加密链路上的最大安全比特率。我们提出了一个分析，这种方法的相对优点比传统的安排。
2002-09-17 quant-ph
Semi-Deterministic Entanglement between a Single Photon and an Atomic Ensemble
单光子与物质量子比特之间的纠缠是量子中继器和量子网络不可或缺的资源。对于原子系综，纠缠产生概率通常非常低，以抑制高阶事件。本文提出并实验实现了一种本征效率为50%的原子-光子纠缠方案。我们利用里德伯封锁产生两个集体激发，位于不同的内部状态。通过引入动量自由度的激发，并通过拉曼耦合干涉它们，我们纠缠的两个激发。通过恢复一个激发态，我们在单个光子的偏振态和其余原子激发态的动量之间产生了纠缠，测量保真度为0.901（8）。检索的光场被验证为真正的单光子。实现的纠缠可以被用来创建两个遥远的节点之间的纠缠在一个完全预示的方式和更高的效率。
2019-03-21 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
Efficient generation of single and entangled photons on a silicon photonic integrated chip
我们提出了一个协议，用于产生按需，不可区分的单光子的硅光子集成芯片。该源是一个时间复用的自发参量下转换元件，允许优化单光子与多光子发射，同时实现高输出速率和不可扩展性。我们最大限度地减少有源元件的缩放和有源元件损耗的缩放与复用。然后，我们讨论了检测策略和数据处理，以进一步优化程序。我们模拟了单光子产生效率的改善，在以前的时间复用协议，假设现有的制造能力。然后，我们应用这个系统来产生贝尔状态。这两个非经典态的产生效率可以大大提高与改进的制造工艺。
2011-10-18 quant-ph
On demand generation of propagation invariant photons with orbital angular momentum
研究了用贝塞尔-高斯泵浦光通过自发参量下转换产生具有轨道角动量的传播不变光子。计算了在标准高斯泵浦光作用下优化的单轴晶体的角谱和条件角谱。结果表明，随着抽运光的横波矢量的平均值的增大，发射锥变形为两个非共轴的锥，它们沿非线性晶体光轴方向确定的一条直线相互接触。在这个位置，条件光谱对于一对光子变得最大，其中一个光子最好由具有非常小的横波矢量的类高斯光子描述，另一个是具有与入射泵浦光束的振幅类似的横波矢量分布的贝塞尔-高斯光子。一个详细的分析，然后执行的角动量内容的SPDC光子的相应的过渡振幅的评价。其结果是，我们得到的条件产生的预示单光子是近似的传播不变，并有轨道角动量。讨论了用沿晶面法线方向的光学轨道角动量守恒来解释结果的困难。角谱和条件角谱成功地与文献中最近报道的实验数据进行了比较。
2014-08-11 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
Pure down-conversion photons through sub-coherence length domain engineering
光子量子技术依赖于相干单光子的有效来源，相干单光子是量子信息的理想载体。来自参数下转换的预示单光子可以将按需单光子近似到期望的程度，其中通过群速度匹配和定制的晶体非线性实现高光谱纯度。在这里，我们提出了与子相干长度域的晶体非线性工程技术。我们首先介绍了两个现有的方法的组合：一个确定性的方法与相干长度域和概率域宽度退火。然后，我们将展示如何相同的确定性域翻转方法可以实现与子相干长度域。这两种互补技术都能产生高纯光子，优于以前的方法，特别是对于与飞秒激光器匹配的短非线性晶体。
2017-04-20 quant-ph
Fast and simple characterization of a photon pair source
我们提出了一个精确的检测统计的概率源的光子对的模型，从一个快速，简单和精确的方法来测量源的亮度和光子通道传输演示。我们测量这样的属性为源的基础上自发的参数下转换周期性极化铌酸锂$_3$晶体在810和1550 nm的波长产生对。我们进一步验证了该模型通过比较预测值和测量值的$g^{(2)}(0)$的预示单光子源在很宽的亮度范围。我们的模型特别适用于监测和调整各种量子通信应用所需的亮度。我们评论它的适用性，涉及光谱和/或空间滤波源。
2008-10-14 quant-ph
Near-ideal spontaneous photon sources in silicon quantum photonics
虽然集成光子学是用于量子信息处理的鲁棒平台，但是用于光子量子计算的架构对高质量信息载体提出了严格的要求。高度不可分辨和纯净的单光子源，要么是接近确定性的，要么是预示着高效率的，并且适合于大规模制造，一直是难以捉摸的。在这里，我们展示了同时满足这些要求的片上光子源。我们的光子源使用成熟的工艺在硅中制造，并利用一种新型的双模泵浦延迟激发方案，通过低损耗螺旋多模波导中的模态间自发四波混频来设计光谱纯光子对的发射。我们同时测量了$0.9904 \pm 0.0006$的光谱纯度、$0.987 \pm 0.002$的相互不可替代性和$>90\%$的固有预示效率。我们测量芯片上的量子干涉与$0.96 \pm 0.02$的能见度之间预示着来自不同来源的光子。这些结果代表了在集成光子学中缩放量子信息处理的决定性步骤。
2020-05-19 physics.optics quant-ph
Effect of Loss on Multiplexed Single-Photon Sources
按需单光子源是缩放许多光量子技术的关键要求。实现按需单光子源的一种有前途的方法是使用有源光开关网络来复用预告单光子源阵列。然而，由于光学元件中的光子损失和先驱探测器的非单位探测效率，复用源的性能下降。我们提供了一个一般的多路复用单光子源与有损组件的理论描述，并推导出单光子发射和多光子污染的输出概率的表达式。我们将这些表达式应用到三个特定的复用源架构，并考虑其在设计和性能上的权衡。为了评估损耗组件对近期和长期实验目标的影响，我们模拟了多路复用源，当用于多光子状态产生下的各种数量的组件损耗。我们发现，利用由具有~0.2-0.4 dB损耗的开关和高效的数分辨探测器组成的多路复用源，能够有效地产生20-40个光子态且具有低多光子污染的单光子源是可能的，这为解锁新的实验和技术类别提供了可能性。
2015-04-29 quant-ph
Experimental generation of single photons via active multiplexing
按需单光子源是量子科学和技术的基本组成部分。我们通过实验证明了一个方案的概念证明，该方案通过主动多路复用从脉冲自发参量下转换（SPDCs）概率产生的几个预示光子来生成按需单光子。通过利用四光子对源，主动前馈技术，和超快单光子路由器，我们显示了四倍的增强输出光子速率。同时，我们保持了输出单光子态的质量，相关测量证实。我们还通过实验验证，通过红欧曼德尔干涉，路由器不影响单光子的不可分辨性。此外，我们给出了数值模拟，这表明基于四个SPDC源的多路复用的光子可以优于基于高度先进的光子数分辨探测器的预示。我们的研究结果表明，按需单光子产生和可扩展的线性光学量子信息处理的实际实现的路线。
2012-02-07 physics.optics quant-ph
Shaping a single photon without interacting with it
对光的性质的完全控制达到单光子的水平是量子信息科学和光-物质相互作用的基础研究的宝贵工具。关键的先决条件是能够创建具有所需特性的单光子电磁场的时空分布，即通过设计来塑造光子。尽管对可调谐单光子源的需求不断增长，但仍然缺乏实用、高效和可扩展的光子整形方法。在这里，我们提出了一种新的通用方法，使无损成形的单光子相对于任何自由度或同时几个自由度。整形以预先通知的方式执行，这确保了该方案的灵活性和可扩展性。我们的方法可以直接与当前的技术相结合：这使得许多涉及成形单光子的提议能够在实验上实现，并在未来开辟了质的新机会。
2016-05-04 quant-ph
On-demand indistinguishable single photons from an efficient and pure source based on a Rydberg ensemble
单光子耦合到原子系统已被证明是开发量子技术的一个有前途的平台。然而，缺乏与原子平台兼容的明亮的按需，高纯和高度不可分辨的单光子源。在这项工作中，我们证明了这样一个源的基础上强相互作用的里德伯系统。阻塞里德堡系综中的大的光学非线性将相干光转换成单个集体激发，其可以作为量子场被相干地恢复。我们观察到一个单横模效率高达0.18（2），$g^{(2)}=2.0(1.5)\times10^{-4}$，和不可逆性为0.982（7），使该系统有望为可扩展的量子信息应用。考虑到损失，我们推断生成概率高达0.40（4）。此外，我们研究了污染物里德堡激发对源效率的影响。最后，我们引入指标来衡量按需单光子源的性能。
2020-03-04 physics.atom-ph quant-ph
A solid-state temporally multiplexed quantum memory array at the single-photon level
本文实现了一个包含十个可单独控制存储单元的固态空间复用量子存储器阵列，结合时间复用技术，在单光子水平下将弱相干脉冲存储于多达250个时空模式中，平均信噪比为10(2)，系统串扰低，有望加速量子节点间的纠缠分发速率。
2025-07-16 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
Long-lived non-classical correlations for scalable quantum repeaters at room temperature
具有按需读出的预示单光子源是实现长距离量子通信的量子中继器的有希望的候选者。这种系统的可扩展性需要简单的实验解决方案，因此有利于室温系统。对于量子中继器应用，预告和单光子读出之间的长延迟至关重要。到目前为止，在室温原子系统中，由于热运动引起的快速退相干已经防止了这一点。在这里，我们证明了有效的预示和读出的单一集体激发在温暖的铯蒸气。使用运动平均的原则，我们实现了集体激发寿命为$0.27\pm 0.04$毫秒，两个数量级大于以前实现的单激发在室温下的来源。我们通过观察用$R=1.4\pm 0.1>1$对Cauchy-Schwarz不等式的违反，实验验证了光-物质关联的非经典性。通过光谱和时间分析，我们确定固有的四波混频噪声的主要贡献，损害单光子操作的源。
2018-01-10 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
Frequency-Time Multiplexing for Near-Deterministic Generation of n-Photon Frequency-Bin States
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；Photon Queue Inc.（光子队列公司）
本文提出利用频率-时间复用技术，通过光学量子记忆和光纤布拉格光栅反射器阵列，实现近确定性生成n光子频率-bin状态，可高效产生8光子态。
2026-03-03 quant-ph
Measurement-induced entanglement of two transmon qubits by a single photon
按需在遥远的量子比特之间产生纠缠是分布式量子计算的必要组成部分。我们提出了一个纠缠方案，通过检测一个光子通过一个马赫-曾德尔干涉仪，每个臂上有一个transmon量子比特，允许单次确定性纠缠的产生。纠缠的产生本质上依赖于超导微波结构允许实现量子比特和光子之间的强耦合。通过光子计数器检测光子，实现奇偶性测量，并将两个量子比特的波函数投影到最大纠缠态上。最重要的是，纠缠的产生预示着我们的协议是不容易受到光子损失，由于单光子的不可分割的性质。
2017-05-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room-temperature single-photon source with near-millisecond built-in memory
非经典光子源是分布式量子网络的重要资源。具有记忆能力的物质系统产生的光子特别有前途，因为它们可以集成到网络中，每个源都可以按需使用。在各种固态和原子量子存储器中，室温原子蒸气由于其鲁棒性和潜在的可扩展性而特别有吸引力。迄今为止，室温光子源在其存储时间或光子态的纯度方面受到限制。在这里，我们展示了一个基于室温存储的单光子源。在存储器的预先加载之后，在可变的存储时间之后从存储器中检索单个光子。反演场的单光子特性被验证的强抑制的双光子分量与反聚束低至$g^{(2)}_{\text{RR|W=1}} = 0.20 \pm 0.07$。预告和检索的光子之间的非经典相关性保持高达$τ_{\text{NC}}^{\mathcal R} = (0.68\pm 0.08)$ ms，超过两个数量级的时间比以前证明与其他室温系统。对于$τ_{\text{BI}} = (0.15 \pm 0.03)$ ms，存在足以违反贝尔不等式的相关性。
2020-10-14 quant-ph
Performance of a temporally multiplexed single-photon source with imperfect devices
可扩展的光子量子技术需要高效的单光子源。尽管在过去十年中在该领域已经取得了很大的进展，但这些要求对这种装置的效率施加了严格的条件。最有前途的方法之一是将单个或多个预示的光子源复用到时间模式。在这项工作中，我们分析了一个具体的建议，同步光子从一个连续的源与外部参考时钟使用不完美的光开关，这必然会降低设计的安排的理想行为。作为一个子泊松光发射器的源的性能进行了研究，考虑到在多路复用的安排，检测器的效率和暗计数的损失。我们估计，在单光子的概率为0.5 dB的损失开关实现了五倍的增加。
2019-09-04 physics.optics quant-ph
Minimizing resource overhead in fusion-based quantum computation using hybrid spin-photon devices
Quandela；Centre for Nanosciences and Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay（纳米科学与纳米技术研究中心，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）
本文提出三种方案，利用确定性单光子源和纠缠门，以近确定性方式生成融合式量子计算所需的资源态，显著降低资源生成开销。
2025-12-19 quant-ph
A Hybrid Quantum Memory Enabled Network at Room Temperature
能够按需存储和检索飞行光子的量子存储器对于发展量子信息技术至关重要。然而，长距离链路所需的设备与本地处理所需的设备大不相同。在这里，我们通过演示两种类型的量子存储器的互连和同时操作来呈现第一个混合量子存储器使能网络：基于原子系综的存储器和全光环路存储器。前者产生并存储单原子激发，然后可以转换为单光子;后者在室温下以宽的接受带宽按需映射传入的光子。将这两种类型的量子存储器连接起来，我们观察到一个保存良好的量子互相关，达到22的值，并且违反了柯西-施瓦茨不等式，达到549个标准差。此外，我们证明了一个完全可操作的先驱光子链状态，可以实现存储器内置的组合，交换，分裂，调谐和斩波单光子在一个链的时间的创建和存储。这样的量子网络允许原子激发被生成、存储并转换为宽带光子，然后将其传输到下一个节点、存储并忠实地检索，所有这些都是以高速和可编程的方式进行的。
2020-02-26 physics.optics quant-ph
Spectrally multiplexed and ultrabright entangled photon pairs in a lithium niobate microresonator
集成量子网络具有前所未有的可扩展性和复杂性，对具有复用能力的片上亮量子源的需求非常高。本文介绍了一种在锂酸盐微谐振器系统中产生的超亮宽带双光子量子源，在不引入传统畴极化的情况下，片上微盘产生的纠缠光子对覆盖了自发参量下转换中自然相位匹配所承诺的宽带带宽，实验上，复用光子对的特征在于受滤波系统限制的$30\ \rm nm$带宽，该量子源具有优异的单光子相关性$5.13\ {\rm MHz}/\upmu \rm W$和能量-时间纠缠性，具有优异的$804$干涉可见度，显示出突出的纯度。这种在电信波段的量子源为高维纠缠和未来的集成量子信息系统铺平了道路。
2021-10-18 physics.optics quant-ph
High-efficient long-distance device-independent quantum secret sharing based on single-photon sources
针对多粒子纠缠源低效和光子传输损耗限制，提出基于近按需单光子源与预示架构的长距离 DI QSS 协议，效率提升六个数量级、距离至少提升151倍。
2025-05-16 quant-ph
Mechanistic Understanding of Entanglement and Heralding in Cascade Emitters
本文理论研究了级联量子发射体产生纠缠光子及预示单光子的机理，推导了施密特数解析式，并扩展模型纳入偏振、精细结构分裂等效应，为实验设计提供基础。
2020-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Nearly Blinking-Free, High-Purity Single-Photon Emission by Colloidal InP/ZnSe Quantum Dots
近年来，采用改进的合成方法制备出的InP/ZnSe胶体核壳量子点（QDs）作为单光子发射体，在生命科学、集成量子光子学和量子信息处理等领域具有巨大的应用潜力。单粒子光谱的10纳米量子点与3.2纳米的核心揭示了强大的光子反聚束归因于快速（70 ps）俄歇复合的多个激子。量子点在强光激发下表现出很好的光稳定性。我们证明了当量子点被激发到基本激子跃迁的饱和强度以上时，反聚束被保留。这一结果为它们在室温下用作高纯度按需单光子发射器铺平了道路。非常规地，尽管具有强俄歇阻断机制，但InP/ZnSe QD也显示出非常小的发光不稳定性（“闪烁”），具有简单的开/关闪烁模式。单粒子发光统计分析将这些InP/ZnSe量子点置于几乎无闪烁量子点的类别中，其发射稳定性与最先进的厚壳和合金界面的CdSe/CdS相当，但具有改进的单光子纯度。
2017-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
A scalable near-visible integrated photon-pair source for satellite quantum science
International Quantum Academy（国际量子研究院）；Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale and School of Physical Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学物理科学学院及微尺度物质科学国家研究中心）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Qaleido Photonics（凯利德光子科技）
本文提出了一种基于硅氮化物微谐振器的近可见光集成光子对源，实现了高亮度和高纯度的单光子生成，适用于空间量子通信和多光子干涉应用。
2026-01-20 quant-ph
