SuperDense Teleportation using Hyperentangled Photons
我们利用偏振态和轨道角动量超纠缠的光子对实现了一种新的纠缠增强量子态通信技术，称为超密集隐形传态，在两个远程方之间通信特定类型的单光子量子态，平均保真度为87.0（1）%，几乎是经典极限44%的两倍。我们比较了这种技术与量子隐形传态和远程态制备，并表明超密集隐形传态需要更少的经典信息和更少的实验资源。我们讨论了这个约束状态集的信息含量，并证明了这个集合具有指数更大的状态空间体积比低维的一般状态具有相同数量的状态参数。
2015-05-22 quant-ph
Telecom-band Hyperentangled Photon Pairs from a Fiber-based Source
超纠缠是指量子粒子在多个自由度上同时发生的独立纠缠，是一种强大的资源，可以用来进行有效的量子信息处理。在光子系统中，通常用于携带量子和经典信息的两个自由度（DoF）是偏振和频率，这要归功于它们在自由空间和光纤中传输的鲁棒性。光纤中产生的电信波段超纠缠光子特别令人感兴趣，因为它们与现有的光纤基础设施兼容，并且可以以最小的损耗分布在光纤网络上。在这里，我们实验证明了电信波段的双光子hyperentangled在偏振和频率自由度使用一个双极化石英光纤的产生，并观察纠缠并发0.95以上的偏振和频率自由度。此外，通过在一个实验中串联频率纠缠的Hong-Ou-Mandel干涉测试和偏振纠缠的全态层析成像，我们可以在偏振和频率自由度上同时证明纠缠。我们的超纠缠源产生的状态可以使协议，如密集编码和高维量子密钥分发。
2021-12-06 quant-ph
Engineering of Hyperentangled Complex Quantum Networks
提出利用腔量子电动力学和原子布拉格衍射技术构建原子超纠缠簇和环图态的方案，验证其在复杂量子网络及现实噪声环境下的可行性与可持续性。
2024-08-29 quant-ph
High fidelity preservation of photonic hyperentanglement in a free-space optical delay line
Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；Department of Physics, National University of Singapore（新加坡国立大学物理系）；Thales Research and Technology（泰雷兹研究技术）
通过嵌套赫里奥特池自由空间光学延迟线，同时保持偏振和能量-时间纠缠，实现了光子超纠缠的高保真度延迟。
2026-08-20 quant-ph
Hyperentangled Time-bin and Polarization Quantum Key Distribution
基于光纤的量子通信网络目前在没有量子中继器的情况下受到限制。已经提出了基于卫星的量子链路来扩展网络域。我们已经开发出一种量子通信系统，适用于现实的星地通信。在此系统中，我们实现了Bennett，Bennard和Mermin于1992年提出的基于纠缠的量子密钥分发（QKD）协议（BBM92），在所有基站中实现了低于2 $\%$的量子误码率（QBER）.更重要的是，我们展示了一个更高维度的基于超纠缠的QKD协议的低QBER执行，使用光子同时纠缠在偏振和时间仓，导致显着更高的安全密钥速率，在成本增加的技术复杂性和系统大小。我们表明，我们的协议是适合的空间到地面链路，多普勒频移补偿后，并验证其安全性，使用严格的有限密钥分析。此外，我们还讨论了与这些和其他量子通信协议相关的系统工程考虑，以及它们对利用光子自由度的依赖性。
2022-09-13 quant-ph
Experimental signature of Quantum Darwinism in photonic cluster states
我们报告的量子达尔文主义（QD）的出现从工程开放系统动力学的实验评估。我们使用一个光子hyperentangled源的图形状态，以解决的影响，在建立客观现实，随后的量子到经典的过渡的多方环境中的元素之间的相关性。除了体现对量子点的表征的第一个实验努力之一，我们的工作说明了非平凡的后果，多体纠缠，反过来，有环境对系统的反作用的可能性对量子点框架的功能。
2018-03-05 quant-ph
Fibre based hyperentanglement generation for dense wavelength division multiplexing
纠缠态是量子信息科学和相关新兴技术的关键资源。光子系统提供了大范围的可利用的纠缠自由度，如频率，时间，偏振和空间模式。超纠缠光子同时利用多个自由度来增强量子信息协议的性能。在这里，我们报告了一个完全导波的方法产生偏振和能量-时间超纠缠光子在电信波长。此外，通过将源的宽带发射光谱解复用成五个标准电信信道对，我们证明了符合光纤网络标准，并将量子信道的有效比特率容量提高了一个数量级。在所有的通道对，我们观察到违反了广义贝尔不等式超过27个标准偏差，强调我们的方法的相关性。
2019-08-09 quant-ph
Generation of hyperentangled states and two-dimensional quantum walks using $J$- ($q$)- plates and polarization beamsplitters
一个光子可以同时在其不同的内部自由度（DoF）（偏振、轨道角动量（OAM）和频率）以及外部自由度（DoF）路径上纠缠，这种多自由度的纠缠被称为超纠缠，为量子信息处理提供了额外的优势。我们提出了一个被动的光学设置使用$q$板和偏振分束器hyperentangle入射单光子的偏振，OAM和路径自由度。通过将偏振自由度映射到二维硬币态，将路径和OAM自由度映射到两个空间维度$x$和$y$，我们提出了一种仅使用偏振分束器和$q$ -板实现二维离散时间量子行走的方案，从而产生超纠缠态.通过测量任意两个自由度之间的纠缠负性来量化所产生的超纠缠量。我们进一步表明，超纠缠的产生可以通过使用额外的硬币操作或通过更换$q$板与$J$板控制。
2022-07-25 physics.optics quant-ph
Photonic hyperentanglement in polarisation and frequency via joint spectrum shaping
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）
通过联合频谱整形实现偏振和频率的超纠缠光子对源，提供高维量子态的可扩展制备方法。
2026-03-03 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Linear-Optical Hyperentanglement-Assisted Quantum Error-Correcting Code
我们提出了一个线性光学实现的超纠缠辅助量子纠错码。该码是超纠缠辅助的，因为共享纠缠资源是偏振和轨道角动量超纠缠的光子态。利用线性光学技术可以对信道差错进行编码、解码和诊断。该代码纠正了偏振“翻转”错误，因此只适合于原理验证实验。编码和解码电路使用Knill-Laflamme-Milburn类方案来转换偏振和轨道角动量光子量子比特。一个数值优化算法找到一个单位保真度编码电路，只需要三个辅助模式，并具有成功概率等于0.0097。
2009-02-10 quant-ph
Any DOF All at Once: Single Photon State Tomography in a Single Measurement Setup
Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
本文提出利用单次强度测量重构单光子超纠缠态的框架，通过空间自由度编码其他自由度信息，简化实验设置并减少采集时间，恢复传统相机无法检测的自由度。
2026-04-29 quant-ph
Universal entanglement decay of photonic orbital angular momentum qubit states in atmospheric turbulence: an analytical treatment
研究了在弱湍流大气中具有相反方位角指数$l_0$的光子轨道角动量量子比特态的纠缠演化。使用渐近方法，我们推导出解析表达式的振幅之间的模式$l_0$和$-l_0$的相干性引起的串扰。此外，我们解析地建立不同的，普遍的纠缠衰减定律Kolmogorov的湍流模型和两个近似。
2019-09-26 quant-ph
Photonic integrated chip enabling orbital angular momentum multiplexing for quantum communication
携带轨道角动量的光是经典和量子信息技术的重要资源。它固有的无界性质可以用来产生高维量子态或用于经典和量子通信中的信道复用，以分别显著提高数据容量和密钥速率。虽然具有轨道角动量的光的巨大潜力已被广泛确定，但其技术部署仍然受到能够产生和操纵它的集成和可扩展光子器件的制造所带来的困难的限制。在这里，我们提出了一种能够在800 m长的环芯光纤中激发轨道角动量模式的光子集成芯片，允许我们同时使用2和3种不同的模式来执行并行量子密钥分发。该实验为通过紧凑且重量轻的硅芯片实现量子轨道角动量分割多路复用迈出了第一步，并进一步推动了支持轨道角动量模式的集成可扩展设备的开发。
2021-09-09 quant-ph
Universal decay of quantumness for photonic qubits carrying orbital angular momentum through atmospheric turbulence
研究了在Kolmogorov湍流大气中，两个光子量子比特在其轨道角动量上部分纠缠时的量子度衰减特性，包括量子纠缠、量子不协调和量子相干性.研究发现，当两个光子的初始态不是最大纠缠时，量子相干性和量子不和谐的衰减可能与量子纠缠的衰减有质的不同。我们还分别导出了量子相干性和量子不和谐的两个普适衰减律，并证明了量子相干性的衰减比非经典关联的衰减更稳健。
2017-10-14 quant-ph
Topological photonic orbital angular momentum switch
光子的大量可用轨道角动量（OAM）态为量子信息和光通信中的许多重要应用提供了独特的资源。然而，传统的OAM开关器件通常依赖于精确的参数控制，并且受到开关速率慢和效率低的限制。在这里，我们提出了一个强大的，快速和高效的光子OAM交换机设备的基础上的拓扑过程，其中光子被泵浦到一个目标OAM状态的需求。这种拓扑OAM泵浦可以通过在几个简并主腔中操纵光子来实现，并且仅涉及有限数量的光学元件。在$\sim 10^{q}$处的OAM的大的变化可以仅用$q$简并主腔和至多$5q$泵浦循环来实现。拓扑光子OAM开关可以成为在许多不同领域中广泛应用的强大器件，并激发传统光学器件的新颖拓扑设计。
2018-06-27 quant-ph
Demonstration of subspace-search variational quantum eigensolver using photonic orbital angular momentum qudits
Korea Institute of Science and Technology (KIST)（韩国科学技术院）；Korea University of Science and Technology（韩国科学技术院）；Kyung Hee University（庆熙大学）；Gwangju Institute of Science and Technology（光州科学技术院）
研究针对NISQ硬件VQE多局限于基态的问题，利用光子轨道角动量qudits实现SSVQE，估算HeH⁺分子和海森堡链的激发态能量，确立光子qudits是高效的激发态量子模拟途径。
2026-10-09 quant-ph
Quantum state tomography of orbital angular momentum photonics qubits via a projection-based technique
虽然可以使用成像技术测量明亮光束的轨道角动量状态，但在单光子水平上进行全面表征是具有挑战性的。对于量子光学和量子信息科学的应用，这样的表征是一个必不可少的能力。在这里，我们提出了一个设置来执行量子态层析光子量子比特编码在这个自由度。该方法是基于投影技术，通过叉全息图和单模光纤插入干涉仪使用空间模式投影。详细介绍了装置的校准和校准以及测量序列，以重建相关的密度矩阵。可能的扩展到高维空间进行了讨论。
2015-04-07 physics.optics quant-ph
A two-way photonic quantum entanglement transfer interface
一种用于自由空间中的轨道角动量自由度和光纤中的时间-能量自由度之间的双向纠缠转移的量子接口，为在远程异构量子节点之间建立纠缠提供了一种新的方式。在这里，我们实验证明了这种传输接口，通过使用两个干涉循环门。利用这个量子接口，我们实现了两个自由度的双向纠缠转移。结果表明，量子纠缠态可以在轨道角动量自由度和时间能量自由度之间来回切换，切换前后态的保真度高于90%。我们的工作证明了我们提出的传输接口的可行性和高性能，并为建立大规模量子通信网络铺平了道路。
2021-01-16 quant-ph
Towards efficient quantum memory of orbital angular momentum qubits in cold atoms
光的空间模式携带着量子化的轨道角动量（OAM），是一种可以获得高维量子态的理想模式，这使得它在构建高维量子网络方面有着广阔的应用前景。本文报道了在冷原子系综中对OAM态编码的光子量子比特的存储和检索，获得了98%以上的平均条件保真度和65%左右的检索效率.光子OAM量子比特在单光子水平上用弱相干态编码，并且存储器基于细长冷铷原子系综中的电磁诱导透明性。我们的工作构成了一个高效的节点，需要对高维和大规模的量子网络。
2020-12-23 quant-ph
Transport of Orbital-Angular-Momentum Entanglement through a Turbulent Atmosphere
我们用实验的方法证明了在大气湍流的影响下，两个光子的轨道角动量纠缠是如何演化的。我们发现，量子信道的容量是令人惊讶的强大：其典型的水平衰减距离是2公里的顺序，展示了光子轨道角动量的潜力，在大都市环境中的自由空间量子通信。
2009-09-21 quant-ph
Toward universal transformations of orbital angular momentum of a single photon
本文提出一种结合路径与OAM自由度的高效方案，以约四分之一干涉仪数量的减少实现光子OAM态上的任意幺正变换，促进高维量子态操控。
2023-05-09 quant-ph
Hyperentanglement in structured quantum light
高维量子系统中的纠缠，其中涉及一个或多个光的自由度，提供了增加的信息容量，并使新的量子协议成为可能。在这里，我们展示了一个功能源的高维，噪声弹性hyperentangled状态编码的时间频率和矢量涡旋结构的模式，这反过来又进行单粒子之间的纠缠极化和轨道角动量。通过将非线性设计的参量下转换与自旋-轨道角动量转换相结合的干涉方案，我们在电信波长处产生了高度纠缠的光子对，并通过双光子干涉和量子态层析成像对光子对进行了纠缠，获得了接近统一的光子数和量子效率。虽然超纠缠之前已经在光子量子比特中得到了证明，但这是第一个涉及光谱和空间结构光的丰富纠缠结构的实例，其中三种不同形式的纠缠共存于同一双光子状态中。
2020-06-02 physics.optics quant-ph
A quantum memory for orbital angular momentum photonic qubits
在光学自由度中，光的轨道角动量提供了独特的性质，包括用于光操纵的机械扭矩作用、成像技术中的增强的灵敏度以及用于光通信系统的潜在高密度信息编码。近年来，在量子信息技术中利用单光子水平的轨道角动量也引起了极大的兴趣。在这方面的努力，在这里，我们展示了量子存储器的实现在这个光学自由度编码的量子比特。我们用计算机控制的全息图产生各种量子比特，根据需要存储和检索它们。我们进一步分析检索状态的量子层析成像，从而证明超过经典基准的量子性能，证实了我们的存储过程的量子功能。我们的研究结果提供了一个必不可少的能力，为未来的网络探索的承诺，光子的轨道角动量的量子信息的应用。
2014-02-28 physics.optics quant-ph
Controlled-Joint Remote Implementation of Operators and its Possible Generalization
本文提出受控联合远程实现任意酉算子的协议，利用四量子比特超纠缠态，在监督者控制下由两个用户联合实现，并推广至任意控制器和参与方数量，涵盖现有量子远程控制方案。
2024-03-13 quant-ph
Quantum Storage of Three-Dimensional Orbital-Angular-Momentum Entanglement in a Crystal
在这里，我们提出了三维轨道角动量光子纠缠在稀土离子掺杂晶体的量子存储。通过对存储后的Bell型不等式（$S=2.152\pm0.033$）的破坏，证明了纠缠和存储过程的性质.记忆过程的保真度是$0.993\pm0.002$，这是通过三维的完整量子过程断层扫描确定的。在高维空间中存储的弱相干脉冲的可见性的评估表明，存储器是高度可靠的51个空间模式。这些结果为基于固态器件的高维多路复用量子中继器的构建铺平了道路。稀土基光处理器的多模处理能力超越了时间和光谱的自由度，这可能为光子信息处理提供一种有用的工具。
2015-08-15 quant-ph
Synthetic photonic lattices: new routes towards all-optical photonic devices
从光通信到量子信息处理，全光光子器件在许多重要的光子技术和应用中起着至关重要的作用。传统的全光器件设计是基于光子在真实空间中的传播和干涉，需要大量的光学元件，对精确控制具有挑战性。在这里，我们提出了一个新的路线工程全光器件使用光子的内部自由度，形成光子晶体在这样的合成尺寸的光子传播和干涉。我们展示了这种新的设计理念，显示如何重要的光学器件，如量子存储器和光学滤波器可以实现使用合成轨道角动量（OAM）晶格在一个单一的主简并腔。利用合成光子晶格的新设计路线可以显著减少传统设计中对大量光学元件及其微调的要求，为具有新功能的现实全光光子器件铺平了道路。
2016-12-27 quant-ph
Quantum Commutation Relationship for Photonic Orbital Angular Momentum
本文通过柱坐标下的规范角动量算符作用于渐变折射率光纤中的拉盖尔-高斯模式，验证了光子轨道角动量满足标准量子对易关系及升降算符性质，证明其可作为定义良好的量子自由度。
2023-03-30 physics.optics quant-ph
Orbital angular momentum photonic quantum interface
在经典和量子光通信中，光携带轨道角动量（OAM）在提高信道容量方面具有巨大的潜力。长距离光通信要求光的波长位于低损耗的通信窗口，但目前正在开发的用于量子中继器的大多数量子存储器工作在不同的波长，因此需要量子接口来弥合波长差距。到目前为止，这种用于OAM承载光的接口尚未实现。在这里，我们报告的第一个实验实现的量子接口的预言单光子携带OAM使用非线性晶体在光学腔。输入和输出光子的空间结构表现出很强的相似性。更重要的是，单光子相干性在上转换过程中得到了保持。
2015-08-20 physics.optics quant-ph
Exact Helicity-Orbital Coupled Dynamics in Chiral Media: An Optical Dirac Framework for Photonic Rabi Oscillations
School of Physics and Astronomy, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）
提出光学狄拉克框架统一描述手性介质中光传播，导出精确两能级螺旋-轨道模型，解析求解并预测手性控制的拉比振荡与自旋-轨道角动量转换。
2026-06-29 physics.optics quant-ph
Experimental observation of impossible-to-beat quantum advantage on a hybrid photonic system
量子资源在某些通信和计算任务上优于经典资源。值得注意的是，在某些情况下，量子优势无法使用假设的后量子资源来改善。具有此属性的一类任务可以使用图论来挑选。在这里，我们报告的实验观察到的不可能拍量子优势的四维量子系统定义的偏振和轨道角动量的单光子。结果显示了量子优势的原始证据，并与使用后量子资源所允许的最大优势相兼容。
2012-03-05 quant-ph
Real-time imaging of spin-to-orbital angular momentum quantum state teleportation
量子隐形传态是指一个未知的量子态在一个二分量子系统的两个空间分离的子空间之间进行传输的过程，这两个量子系统共享一个纠缠态并进行经典通信。在光子态的情况下，这个过程是概率性的，因为不可能用线性光学进行两粒子完整的贝尔态分析。为了实现确定性的隐形传态方案，已经提出利用单个粒子而不是第三个粒子的其他自由度。事实上，这导致了一种新型的确定性隐形传态方案，即所谓的混合隐形传态。本文首次实现了自旋-轨道角动量自由度的光子混合量子隐形传态。在我们的方案中，光子A的偏振态被转换为光子B的轨道角动量。通过增强的CCD摄像机实时可视化传送状态。通过进行量子态层析成像验证了隐形传态的质量，其确认了高于99.4%的平均保真度。我们相信这个实验为量子通信的一种新方式铺平了道路，在这种方式中，加密和解密是在自然不同的希尔伯特空间中进行的，因此可以提供增强安全性的方法。
2014-04-30 quant-ph
Geometry-Controlled Exceptional Points in Helicoidal Orbital-Angular-Momentum Photonics
Universidade Federal do Maranhão（马拉尼昂联邦大学）
提出通过几何扭曲控制轨道角动量光子学中的异常点，利用扭转提供手征分裂，开放系统提供非厄米性，通过几何失谐补偿残余分裂实现异常点。
2026-06-23 physics.optics quant-ph
Observation of Unidirectional s-p Orbital Topological Edge States in Driven Photonic Lattices
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
该研究通过周期性驱动和合成磁通量的协同作用，在驱动光子晶格中实现了单向s-p轨道拓扑边缘态的观测，展示了更高轨道的Floquet拓扑绝缘体。
2026-01-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High Capacity Quantum Key Distribution via Hyper-Entangled Degrees of Freedom
量子密钥分发（QKD）一直是应用量子效应解决现实世界问题的一个有前途的领域。但是，两个主要障碍阻碍了广泛的应用：低安全密钥生成率和短可实现的操作距离。在本文中，提出了一种新的物理机制来处理这些问题的第一个：在一个超纠缠系统（参数下转换）的不同自由度之间的相互作用是用来增加可用于密钥生成的希尔伯特空间维数，同时保持安全性。基于偏振的Bell测试提供安全检查，而轨道角动量（OAM）和总角动量（TAM）提供更高的密钥生成速率。在每次试验中随机决定是否测量TAM或OAM。TAM与OAM和极化的并发非交换性为量子安全提供了物理基础。TAM测量将偏振与OAM联系起来，因此如果合法参与者测量OAM，而窃听者测量TAM（反之亦然），则偏振纠缠丢失，从而暴露窃听者。与其他基于OAM的QKD方法相比，不需要OAM基之间复杂的主动切换;相反，通过分束器的被动切换与偏振基之间简单得多的主动切换相结合，使得在高OAM下的实现更实用。
2014-06-25 quant-ph
Hyperentanglement in Nanophotonic Systems with Discrete Rotational Symmetry
Technion（以色列理工学院）；Helen Diller Quantum Center, Technion – Israel Institute of Technology（海伦·迪勒量子中心，以色列理工学院）
本文提出在具有离散旋转对称性的纳米光子系统中生成光子角动量超纠缠的新方法，通过光子轨道角动量和自旋角动量编码，保持高维希尔伯特空间，避免信息丢失。
2025-11-02 physics.optics quant-ph
High-Dimensional Entanglement of Photonic Angular Qudits
我们提出了一种方法，用于产生纠缠光子态在高维中，所谓的量子点，利用量子相关的轨道角动量（OAM）纠缠光子，通过自发参量下转换产生。包含$N$角狭缝的衍射掩模放置在孪生光子的路径中，定义了$N^2$维的量子点空间，由OAM纠缠光子的替代路径跨越。我们用共现的方法量化了路径纠缠光子的高维纠缠，并给出了一个适用于纯态的解析表达式。我们报告的数值结果作为一个函数的角孔径的情况下，高维OAM纠缠和高维路径纠缠的情况下，产生的$N \times M$角狭缝的并发。我们的研究结果为制备和表征高维纠缠量子态提供了新的手段，这是量子模拟和量子信息协议的基础资源。
2021-10-14 quant-ph
Entanglement of orbital angular momentum states between an ensemble of cold atoms and a photon
近年来，利用集体增强技术成功地实现了原子系综与单光子的纠缠[D. N. Matsukevich，\textit{et al.}，物理学评论快报。\textbf{95}，040405（2005）.]，其中原子内态和光子偏振态以非局域方式关联。在这里，我们通过实验阐明了在原子系综和光子系统中，也存在着与空间自由度有关的纠缠。讨论了远程原子系综之间高维纠缠的产生及其在凝聚态物理中的应用。
2008-01-30 quant-ph
Experimental property-reconstruction in a photonic quantum extreme learning machine
本研究在光子平台上实现量子极端学习机，利用高维轨道角动量量子行走作为储层，实现对光子偏振态的资源高效且鲁棒的重建，无需精确表征测量装置。
2025-10-09 quant-ph
Quantum computer networks with the orbital angular momentum of light
在计算机网络内部，不同的信息处理任务是必要的，以有效地提供用户数据。这种处理也可以在量子域中完成。我们提出了简单的光量子网络，其中单个光子的轨道角动量被用作辅助的自由度，控制在网络级别的决定。线性光学元件足以提供重要的网络原语，如多路复用和路由。首先，我们展示了如何构建一个简单的多路复用器和解复用器，它将光子量子比特组合在一起，然后在接收器处再次将它们分离。我们还给出了两种不同的自路由网络，其中输入光子的OAM足以使其找到所需的目的地。
2012-07-03 quant-ph
Two-photon quantum state tomography of photonic qubits
本文提出利用Hong-Ou-Mandel干涉仪测量单光子斯托克斯参数和偏振度，可区分内部耦合与外部纠缠导致的偏振，且不依赖偏振选择元件，并适用于时间箱或轨道角动量等二能级编码。
2023-12-21 quant-ph
Stable Mode Sorting by Two-Dimensional Parity of Photonic Transverse Spatial States
本文描述了一种基于离面Sagnac干涉仪的二维光横空间态奇偶性模式分选器。根据所讨论的模式的二维奇偶性，厄米-高斯（HG）和拉盖尔-高斯（LG）模式都可以被引导到两个输出端口中的一个。我们的干涉仪排序HG_nm输入模式取决于他们是否有偶数或奇数阶n+m;它等价地排序LG模式取决于他们是否有一个偶数或奇数值的轨道角动量。它在单光子水平上有效地发挥作用，因此可以用于对单光子状态进行分类。由于这种类型的干涉仪与Mach-Zehnder类型的干涉仪相比具有固有的相稳定性性，因此它为量子信息处理的目的提供了用于操纵和过滤高阶横向空间模式的有前途的工具。例如，几个类似的Sagnacs级联在一起，可以允许第一次，一个真正的单光子状态的轨道角动量的稳定测量。此外，作为众所周知的全息技术的替代方案，可以使用Sagnac结合多模光纤作为空间模式滤波器，其可以用于产生空间模式纠缠贝尔态和任意一阶（n+m=1）空间状态中的预示单光子，覆盖一阶横模的整个庞加莱球。
2008-10-14 quant-ph
Photonic Integrated Circuit for Rapidly Tunable Orbital Angular Momentum Generation Using Sb2Se3 Ultra-Low-Loss Phase Change Material
快速可调谐的光涡旋（OV）光束的产生是当今时代最苛刻的研究领域之一，因为它们具有额外自由度的轨道角动量（OAM），可以通过在光通信中使用模分复用和信息编码来利用所述额外自由度来增强信号承载能力。特别是，在电信波段的固定波长处的快速可调谐OAM器件在经典和量子应用中引起了研究人员的广泛兴趣。本文展示了一个硅集成光子器件的现实设计，用于快速可调谐OAM波产生在1550 nm波长的使用超低损耗相变材料（PCM）嵌入硅环谐振器与角光栅。不同的OAM模式，通过调整有效的折射率，使用快速的电气开关的Sb2Se3膜从非晶态到晶态，反之亦然。OAM波的产生依赖于微环的折射率的行波调制，这打破了相反取向的回音壁模式的简并性。所提出的设备是能够产生快速可调谐的OV光束，携带不同的OAM模式，通过使用电控开关的超低损耗PCM Sb2Se3。
2022-01-27 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Observation of Ground and Excited Flat Band States in Graphene Photonic Ribbons
理解波的输运和局域化是研究不同性质晶格的主要目标。一般来说，在一个完美的周期性和无无序系统上抑制能量传输是具有挑战性的，然而，由于能谱中存在无色散（平坦）带，一些特定的晶格几何形状允许局部化。在这里，我们报告的实验实现的准一维光子石墨烯带支持四个平带。我们研究的基本模式和偶极模式，这是类似的s和p轨道，分别的动力学。在实验中，两种模式（轨道）有效地相互解耦，这意味着两组六个带，其中两个是完全平坦的。使用图像发生器设置，我们激发的s和p平带模式，并首次展示其无衍射传播。我们的研究结果打开了一个令人兴奋的路线光子仿真更高的轨道动力学。
2017-09-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Time-bin and Polarization Superdense Teleportation for Space Applications
为了构建全球量子通信网络，可以通过使用卫星和地球上的地面站之间的自由空间信道来补充低传输、基于光纤的通信信道。我们已经构建了一个系统，产生超纠缠光子“quququarts”和测量他们执行多个量子通信协议的兴趣。我们已经成功地执行和特点超密集隐形传态，一个修改的远程状态准备协议，传输更多的量子信息比标准的隐形传态，为相同的经典信息成本，而且，在原则上是确定性的。我们的测量结果表明，$0.94\pm0.02$的平均保真度，相位分辨率为$\sim7^{\circ}$，允许可靠的传输$>10^5$可区分的量子态。此外，我们已经证明了补偿多普勒频移的能力，否则将阻止从快速移动的卫星发送时间仓编码状态，从而允许在轨道通过期间低误差执行相位敏感协议。最后，我们表明，在一个现实的实现接收到的重合计数的估计数是足够的，使忠实的重建接收到的状态在一个单一的通行证。
2020-03-30 physics.optics quant-ph
Designing exotic many-body states of atomic spin and motion in photonic crystals
冷原子与光子晶体的耦合构成了探索量子多体物理的一个令人兴奋的平台。在这里，我们研究原子内部（“自旋”）自由度和运动之间的强耦合，这是由与引导光子交换相关的自旋相关力引起的。我们证明了该系统可以实现量子自旋轨道系统的一个显著的极限，即相邻位置之间的直接自旋交换和轨道运动的动能都为零。我们发现，这个以前未被探索的系统具有丰富的紧急订单的相图，包括空间二聚自旋纠缠对，流体的复合粒子组成的联合自旋-声子激发，声子诱导的Néel订购，和一个分数磁化平台与三聚体形成。
2016-06-17 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Beating the channel capacity limit for linear photonic superdense coding
密集编码可以说是启动量子通信领域的协议。然而，今天，在其最初的实验实现十多年后，通道容量仍然基本上是有限的，因为光子使用线性元件的设想。由于不可能用线性光学对所有四种贝尔状态进行确定性鉴别，Bob只能向Alice发送四种潜在消息中的三种，从而将可获得的信道容量从2减少到log_2 3 \approx 1.585比特。然而，额外自由度的纠缠使得能够完全和确定性地区分所有Bell态。利用自旋和轨道角动量同时纠缠的光子对，我们证明了辅助纠缠的量子优势。特别是，我们描述了一个密集编码的实验，最大的报告信道容量，据我们所知，第一次打破传统的线性光学阈值。我们的编码适用于量子通信，无需对齐和卫星通信。
2010-09-26 quant-ph
Induced Berry Connection and Photonic Spin Hall Effect in Optical Dirac Theory
本文在光学狄拉克理论框架下建立了描述光子自旋轨道相互作用与自旋/轨道霍尔效应的场论模型，揭示螺旋路径挠率诱导的旋转耦合及几何相位中SAM与IOAM的联合贡献，并发现椭圆偏振与圆偏振光几何相位的差异。
2025-07-03 physics.optics quant-ph
Photonic cellular automaton simulation of relativistic quantum fields: observation of Zitterbewegung
本研究首次提出基于光子平台的光子元胞自动机（QCA）模拟1+1维自由相对论狄拉克量子场，通过单光子轨道角动量编码实现8步DQCA演化，成功观测到粒子与反粒子干涉特征的颤振运动，验证了模拟器性能。
2024-02-12 quant-ph
Generation of polarization-entangled counter-propagating photons with high orbital angular momentum
提出一种基于光纤的高阶OAM偏振纠缠光子源，通过四波混频产生纠缠光子对，并利用helical gratings转换为高OAM模式，实现了对联合光谱幅度的鲁棒控制。
2024-10-15 quant-ph
Bell state analysis using orbital angular momentum and path degrees of freedom
本研究提出利用轨道角动量和路径自由度实现完美贝尔态分析，通过超纠缠提升成功概率至100%，为高性能量子信息处理提供新方案。
2025-11-21 quant-ph
Slow Light Effect by Photonic Angular Momentum States
我们证明了超材料中的光子角动量态（AMS）可以用来实现慢光。光子AMS具有螺旋相位，光子的轨道角动量自由度。与传统的超材料慢光方案不同，由于螺旋相位的存在，光子自激系统对所有极化的自由空间辐射都是偶极禁戒的。通过对一种超材料设计的数值模拟，证明了该方案的可行性，即暗光子AMS的间接激发在高透射窗口中燃烧了一些透射凹陷。该慢光方案结合了暗光子自适应调制系统的独特优点，可以实现大于$\sim500$的高群折射率$n_g$。
2012-12-20 physics.optics quant-ph
High-Dimensional Single-Photon Quantum Gates: Concepts and Experiments
量子态的变换构成了每个量子信息系统的基本组成部分。从光子极化到二能级原子，各种量子比特系统的完整量子门是众所周知的。对于量子比特之外的多能级量子系统，情况更具挑战性。光子的轨道角动量模式包括一个这样的高维系统，其产生和测量技术得到了很好的研究。然而，这种量子态的任意变换是未知的。在这里，我们实验证明了一个四维广义的泡利X门和它的所有整数功率的单光子携带轨道角动量。与著名的Z门一起，这形成了第一套完整的实验实现的高维量子门。X门的概念是基于对具有不同宇称的量子态的独立访问，因此可以很容易地推广到其他光子自由度，以及其他量子系统，如离子和超导电路。
2017-02-23 quant-ph
Postselection-Free Cavity-Enhanced Narrow-Band Orbital Angular Momentum Entangled Photon Source
本文提出在精密控制的腔中利用OAM守恒SPDC过程，首次实现无后选择的腔增强窄带OAM纠缠光子源，并进一步获得高保真偏振纠缠和OAM-偏振超纠缠，为基于量子存储的远距离量子通信提供高效光源。
2025-02-08 physics.optics quant-ph
Coherent control of a high-orbital hole in a semiconductor quantum dot
本研究通过受激Auger过程实现了半导体量子点中高轨道空穴的相干控制，证明了其相干特性并测得空穴弛豫时间为161 ps，为开发新型量子光子器件开辟了新途径。
2023-07-16 physics.optics quant-ph
