On the Purity and Indistinguishability of Down-Converted Photons
自发参量下转换产生的光子是量子信息科学中最有用的资源之一。它们的两个最重要的特性是纯度和不可吸收性，这决定了它们作为资源的有用性。我们展示了如何通过使用单对源的Hong，Ou和Mandel（HOM）类型的干扰来访问这些特性。我们还提供了简单直观的分析公式，以提取其值从深度的干涉图案。通过与实验结果和数值模拟的比较，证明了这些表达式的有效性。这些结果为设计SPDC源和表征它们发射的量子态提供了必要的工具，这将在发展复杂的量子光子实验中发挥越来越重要的作用。
2012-11-01 quant-ph
Interference of macroscopic beams on a beam splitter: phase uncertainty converted into photon-number uncertainty
压缩真空孪生光束通常通过参量下转换产生，具有完美的光子数相关性。根据海森堡原理，这伴随着它们相对相位的巨大不确定性。通过重叠明亮的双光束分束器上，我们转换成光子数波动的相位波动和观察这种不确定性作为一个典型的“U形”的输出光子数分布。这种效应，虽然报道了原子合奏，并给予希望的相位超分辨率，从来没有观察到光束。归一化光子数差分布的形状与高阶Fock态的形状相似。它也可以通过具有人工混合相位的经典光束来模仿，但没有任何相位超分辨的前景。分束器输出处的概率分布可用于过滤输入处的宏观叠加。
2013-09-09 physics.optics quant-ph
Quantum diffraction and interference of spatially correlated photon pairs and its Fourier-optical analysis
我们提出了单光子和双光子衍射和干涉实验涉及参数下转换光子对。通过控制参量下转换中泵浦光的发散度，物体产生的衍射干涉图样从量子（完全相关）的情况变为经典（不相关）的情况。所观察到的衍射和干涉图案精确再现傅立叶光学分析考虑到量子空间相关性。我们发现，空间相关性和物体尺寸之间的关系起着至关重要的作用，在单光子和双光子衍射干涉图案的形成。
2006-05-25 quant-ph
One-Photon and Two-Photon Double-Slit Interferences in Spontaneous and Stimulated Parametric Down-Conversions
我们从理论上讨论了自发和受激参量下转换的单光子和双光子双缝干涉。我们发现，在一般的自发参量下转换（SPDC）中，I型和II型晶体都可以存在双光子亚波长干涉。我们提出了一种观察亚波长干涉的替代方法，通过联合强度测量，这只发生在I型晶体在较高的SPDC增益。当一束信号光入射到晶体中时，两束受激下转换光可以产生两个干涉图样，不存在亚波长干涉效应。
2004-01-20 quant-ph
Quantum enhancement of N-photon phase sensitivity by interferometric addition of down-converted photon pairs to weak coherent light
结果表明，由于相同总光子数的组分之间的量子干涉，在相干激光中加入下转换光子对增强了N光子的相位灵敏度。由于大多数光子来源于相干激光，因此这种获得非经典N光子态的方法比完全基于参数下转换光子的方法有效得多。具体地，当贡献于N光子状态的下转换光子的平均数量接近（N/2）^（1/2）时，可以实现约等于标准量子极限和海森堡极限的几何平均值的Δ φ ^2 =1/N^（3/2）的最佳相位灵敏度。
2008-04-01 quant-ph
High photon number path entanglement in the interference of spontaneously downconverted photon pairs with coherent laser light
我们表明，下转换光子对和相干激光光子之间的量子干涉可以产生一个最大路径纠缠N光子输出组件，保真度大于90%的任意高的光子数。因此，简单的分束器操作可以将下转换光的2光子相干性转换为几乎最佳的N光子相干性。
2007-08-23 quant-ph
Interference versus success probability in quantum algorithms with imperfections
我们研究了Shor的因子分解算法和Grover的搜索算法的性能上的错误和消相干的影响，并在这些算法中使用最近提出的干扰措施的干扰量。我们考虑系统酉误差，随机酉误差，和退相干过程。我们表明，酉错误破坏的干扰破坏算法的效率，太。然而，酉误差也可能产生无用的附加干扰。在这种情况下，干扰的总量会增加，而量子计算的效率会降低。对于由于相位翻转误差引起的去相干，对于小的误差概率，干扰被破坏，并且对于接近1的误差概率，干扰被转换为相消干涉，导致成功概率甚至可以下降到低于经典值。我们的研究结果表明，在一般情况下，干扰是必要的，以使量子算法优于经典计算，但大量的干扰是不够的，甚至可能导致相消干涉比经典的成功率更差。
2007-11-09 quant-ph
Indistinguishable photons from a trapped-ion quantum network node
嵌入在光学腔中的囚禁原子离子是一个很有前途的平台，可以实现长距离量子网络及其最深远的应用。在这里，我们实现和分析光子不可逆性的电信转换离子腔系统。首先，观察到腔光子在其离子共振波长处的双光子干涉，并发现其达到自发发射的极限。其次，这一限制被证明是保留后的两步频率转换复制分布式的情况下，其中腔光子被转换到电信C波段，然后回到原来的波长。实现的干涉可见性和光子效率将允许在相隔数十公里的离子量子比特寄存器之间分配和实际验证纠缠。
2019-12-19 quant-ph
Observation of two output light pulses from a partial wavelength converter preserving phase of an input light at a single-photon level
我们的实验表明，转换和未转换的光脉冲波长转换后，与各种转换效率保持在单光子水平的输入光的相位信息。在我们的实验中，我们转换时间分离的两个相干光脉冲的平均光子数为$\sim$ 0.1在780 nm的光脉冲在1522 nm的光脉冲，通过使用差频产生在一个极化的锂离子波导。我们观察到的转换和未转换的光脉冲在不同的转换效率值的时间分离的两个模式之间的单光子干涉。对于波长转换器实现的转换效率的任何值，我们观察到大于0.88的干涉比，而不抑制背景噪声。在转换效率为$\sim$ 0.5时，未转换光的观察到的能级为0.98，转换光的观察到的能级为0.99。
2013-11-07 physics.optics quant-ph
Image and Coherence Transfer in the Stimulated Down-conversion Process
导出了受激下转换过程中产生的光强横向分布。使用量子力学处理。我们表明，泵浦激光器的角谱可以转移到受激下转换光束，使图像也可以从泵浦下转换光束。我们还表明，转移可以发生从刺激光束的下转换。最后，我们研究了通过任意形状的屏幕的衍射过程。对于双缝的特殊情况，干涉图样是明确获得。自发发射光的可见度符合非相干光的vanCittert-Zernike定理，而受激发射光的可见度是1。整体可见性与以前的实验结果一致。
2000-10-06 quant-ph
Spectral compression of single-photon wave packets by sum-frequency conversion in slow-light waveguides
本文提出一种慢光波导方案，通过和频产生同时实现弱光脉冲（含单光子态）的频率转换与光谱压缩，理论表明可将3 ps脉冲压缩至纳秒量级，压缩因子约1000，本征效率最高83%，且输出脉冲形状适合光学腔时间模式匹配。
2025-04-11 quant-ph
Erasing Distinguishability Using Quantum Frequency Up-Conversion
利用单光子频率上转换，成功地消除了两个单光子的频率可分辨性。利用色散位移光纤中自发四波混频产生的频率非简并光子对，模拟了两个处于相同时间模式但不同频率模式的通信波段单光子。这些光子的频率被转换为相同的频率，通过使用和频率产生过程中的周期性极化的锂离子酸盐波导，同时保持其时间的不可分辨性。结果，在Hong-Ou-Mandel量子干涉实验中，两个转换光子呈现出非经典的凹陷。本方案将为使用各种波长的光子的联网量子信息系统增加灵活性。
2008-10-22 quant-ph
Theory of Two-Photon Interactions with Broadband Down-Converted Light and Entangled Photons
当双光子相互作用由带宽超过泵浦带宽的下转换光引起时，它们可以获得时间上类似脉冲但光谱窄的行为。在低光子通量下，这种行为反映了下转换光子之间的时间和能量纠缠。然而，诸如双光子吸收（TPA）和和频产生（SFG）的双光子相互作用即使在高功率水平下也可以表现出这样的行为，只要最终状态（即TPA中的原子能级，或SFG中产生的光）足够窄。这种行为不依赖于光的压缩特性，对线性损耗不敏感，并且具有潜在的应用。在本文中，我们分析描述这种行为的行波下转换连续或脉冲泵浦，无论是高功率和低功率制度。为此，我们推导出一个量子力学表达式的下转换幅度产生的任意泵，并制定运营商，代表各种双光子相互作用引起的宽带光。该模型与具有高功率下转换光和纠缠光子的TPA和SFG的实验结果非常一致[Dayan等人，物理修订信函93，023005（2004），Dayan等人，物理修订信函94，043602，（2005），Pe'er等人，物理修订版信函94，073601（2005）]。
2007-04-22 quant-ph
Quantum repeater segment with free-space coupled co-trapped ions using telecom photon interference
Universität des Saarlandes（萨尔兰大学）；Zentrum für Quantentechnologien (QuTe), Universität des Saarlandes（萨尔兰大学量子技术中心 (QuTe)）；Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）
通过共俘获自由空间耦合的40Ca+离子发射光子，转换至电信C波段并经过440米光纤传输后干涉，进行光子贝尔测量创建存储器间纠缠，实现保真度≥68(8)%的纠缠Bell态。
2026-06-11 quant-ph
Direct conversion of a three-atom W state to a Greenberger-Horne-Zeilinger state in spatially separated cavities
Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态和W态之间的态转换是一个开放的具有挑战性的问题，因为它们不能通过局域操作和经典通信相互转换。在这里，我们提出了一个腔量子电动力学方法的基础上的空间分离的光学腔，可以转换一个三原子W态到GHZ态的原子所发射的偏振光子的干涉。计算了考虑腔场衰变、原子自发衰变和腔场光子泄漏时，GHZ态转换的成功概率和保真度，表明该方案是可行的，在现有实验技术的范围内.
2016-01-13 quant-ph
Space-time coupling in the up-conversion of broadband down-converted light
研究了宽带光参量下转换（PDC）的上转换过程，重点研究了和频辐射的时空光谱特性。我们表明，非相干分量的SFG频谱的特点是由一个歪斜的雪茄形状的几何形状在时空中由于空间走离和群速度之间的基本和所产生的SFG字段的不匹配的补偿。的光学系统的理论建模和实验测量的结果都示出。
2013-08-11 physics.optics quant-ph
Multi-parameter Entanglement in Quantum Interferometry
在超快和连续波泵浦的情况下，使用各种孔径形状和尺寸，探讨了多参数纠缠在共线II型自发参量下转换量子干涉中的作用。我们已经开发和实验验证了下转换理论，认为量子态，可以同时纠缠的频率，波矢量和偏振。特别是，我们证明了从熟悉的三角形干涉倾角，如不对称性和峰化的偏差。这些发现提高了我们控制自发参量下转换产生的量子态的能力，并且应该证明对那些追求下转换光的许多拟议应用的人有用。
2001-12-19 quant-ph
Observation of quantum interference in the plasmonic Hong-Ou-Mandel effect
我们报告的玻色子性质的表面等离子体激元（SPPs）的散射为基础的分束器的直接证据。使用参量下转换源产生两个不可分辨的光子，每个光子在金属条形波导上转换成SPP，然后通过半透明布拉格镜进行相互作用。在Hong-Ou-Mandel实验的等离子体模拟中，我们测量到了72%可见度的符合下降，这是一个关键的签名，表明SPP是玻色子，并且显然涉及量子干涉。
2014-02-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Half the Interference, Most of the Answer: Approximate Quantum Simulation via Path-Sum Pruning
Indiana University（印第安纳大学）；Luddy School of Informatics, Computing, and Engineering, Indiana University（印第安纳大学拉迪信息、计算与工程学院）；Department of Physics, Indiana University（印第安纳大学物理系）；Department of Computer Science, Luddy School of Informatics, Computing, and Engineering, Indiana University（印第安纳大学拉迪信息、计算与工程学院计算机科学系）；Indiana University Quantum Science and Engineering Center（印第安纳大学量子科学与工程中心）
提出统计干扰采样框架，通过剪枝端点干扰反应实现近似量子模拟，在多个基准测试中省略近50%干扰反应仍保持90%以上输出精度。
2026-10-06 quant-ph
High-dimensional Angular Two-Photon Interference and Angular Qudit States
利用角位置-轨道角动量纠缠光子，我们提出了一个实验，通过利用参数下转换光子的相关性来产生$D$维量子系统的最大纠缠态，即所谓的量子态。角衍射掩模包含$N$ -在每个双光子的臂中的狭缝定义了维度为$N^2$的量子点空间，由光子的替代路径跨越。由于相位匹配条件，双光子将仅通过对称相对的角度狭缝，在这些不同路径之间产生最大纠缠态，这些纠缠态可以通过符合计数的高阶双光子干涉条纹检测到。本文报道了$N$角缝与$N = 2, 4, 5, 6, 10$的数值结果，分别对应于$D=N^2=4,16,25, 36,100$维量子希尔伯特空间.我们讨论了相关的实验参数的实验实施所提出的方案，使用空间光调制器（SLM），和自发参量下转换（SPDC）产生的双光子。量子态的纠缠可以用并发度来量化，并发度可以用干涉条纹的可见度来表示，也可以用纠缠见证来表示。这些结果为制备高维纠缠量子态提供了一种新的手段，为量子模拟和量子信息协议提供了一个基础资源。
2020-02-24 physics.optics quant-ph
Video recording true single-photon double-slit interference
如通常使用的，没有商业上可获得的相机具有足够低的暗噪声以在逐光子水平直接产生双缝干涉的视频记录，因为读出噪声显著地污染或干扰信号。在这项工作中，噪声水平显着降低打开相机只有当光子的存在已经预示着到达，在一个独立的检测器，通过参数下转换产生的时间相关的光子。这种触发方案提供了单光子杨氏双缝实验的直接视频成像所需的改进，允许这个基础演示的澄清版本。此外，我们介绍了这个实验的变化，旨在促进讨论的作用空间相干性在这样的测量。我们还强调了单光子测量的互补方面，其中成像产生（横向）位置信息，而衍射产生的横向动量，并强调了下转换光子之间的横向位置和动量相关性的作用，包括“鬼”成像和衍射的例子。这些视频可以在http://sun.iwu.edu/~gspaldin/SinglePhotonVideos.html在线访问。
2016-03-15 physics.ed-ph physics.optics quant-ph
