High-Dimensional Quantum Key Distribution based on Multicore Fiber using Silicon Photonic Integrated Circuits
量子密钥分发(QKD)提供了一种无条件安全的信息交换方式。历史上,QKD协议一直基于二进制信号格式,例如两个偏振态,并且量子密钥的传输信息效率本质上限于1比特/光子。在这里,我们提出并实验证明,第一次,一个高维QKD协议的基础上空分复用在多芯光纤使用硅光子集成光波电路。我们成功地在四维希尔伯特空间中实现了三个相互无偏的基,并实现了低而稳定的量子误码率,远低于相干攻击和个人攻击的限制。与以前的演示相比,在我们的协议中使用多芯光纤提供了一种更有效的方式来创建高维量子态,并能够打破传统QKD协议的信息效率限制。此外,我们工作中使用的硅光子电路集成了可变光衰减器、高效多芯光纤耦合器和马赫-曾德尔干涉仪,能够以紧凑和稳定的方式操纵高维量子态。我们的演示为利用最先进的多芯光纤进行长距离高维QKD铺平了道路,并为高信息效率的量子通信促进了硅光子学。
2016-10-07 quant-ph
Path-encoded high-dimensional quantum communication over a 2 km multicore fiber
基于高维量子态的量子密钥分发(QKD)协议克服了二维QKD协议的局限性,在提高密钥生成速率的同时增强了容错能力。尽管如此,通过光纤链路的高维量子态的可靠传输仍然是一个开放的挑战,必须解决,以促进其应用。在这里,我们证明了路径编码的高维量子态在2公里长的多芯光纤的可靠传输。利用锁相环系统,保证了稳定的干涉检测,允许低错误率和生成6.3 Mbit/s的密钥速率。
2021-03-10 quant-ph
Intercore spontaneous Raman scattering impact on quantum key distribution in multicore fber
本文首次提出了一种基于芯间串扰特性的多芯光纤芯间自发拉曼散射模型。通过数值模拟,我们也展示了ICSRS的特性。分析了ICSRS对量子密钥分发(QKD)的影响。结果表明,前向ICSRS和后向ICSRS都将减小最大传输距离,前向ICSRS减小的更大。然而,在城域网范围内,量子信号仅在密集波分复用系统中经典信号的功率很高时才受到影响。最后,对单芯光纤中产生的自发拉曼散射(SRS)和MCF中产生的ICSRS进行了比较。SRS和ICSRS的功率随传输距离的变化趋势相似,但也有细微的差别。
2019-07-02 quant-ph
Experimental wavelength-space division multiplexing of quantum key distribution with classical optical communication over multicore fiber
我们演示了量子密钥分发(QKD)与经典信号在一个七芯光纤使用密集波分复用。量子信号在一个外核中单独传输,核间串扰是量子信号的主要损伤。为了减轻IC-XT,我们提出了一个量子经典交织方案。然后根据测量结果分析了IC-XT的特性,指出对向传播是一种比共传播更好的共存方法。最后,我们进行了量子密钥分发实验中存在的两个经典信道之间的量子信道和最近的经典信道的信道间隔为100 GHz。实验结果表明,反向传播几乎不受IC-XT的影响,这与我们的分析是一致的。此外,该方案还验证了在城域网范围内传输的可行性。
2018-11-10 quant-ph
Implementation of space-division multiplexed entanglement-based quantum cryptography over multicore fiber
本文在19芯多芯光纤中实验实现空分复用的纠缠量子密钥分发,利用SPDC光子对动量相关性将偏振纠缠光子对送入不同纤芯,并在411米传输后评估6芯与12芯配置的密钥率提升。
2024-01-09 physics.optics quant-ph
Inter-Core Crosstalk Impact of Classical Channels on CV-QKD in Multicore Fiber Transmission
在19芯光纤中,对连续变量量子密钥分发与WDM PM-16 QAM信道进行空间复用时,串扰引起的过量噪声进行了实验研究。测量的噪声源被用来估计不同波长信道的密钥速率。
2019-01-11 quant-ph
Non-Markovianity in High-Dimensional Open Quantum Systems using Next-generation Multicore Optical Fibers
本研究针对多芯光纤量子传输受环境噪声影响的问题,将环境作用表征为概率相位翻转量子操作,在最先进多芯光纤平台观测到高维开放量子系统的非马尔可夫行为,验证了Quantum Vault协议,为未来量子通信网络优化提供支撑。
2024-08-08 physics.optics quant-ph
Multicore fiber-based quantum access network
提出了一种基于多芯光纤的量子接入网络,用于扩展量子密钥分发(QKD)网络中的用户数量。MCF用作馈线光纤,单芯单模光纤(SSMF)用作分支光纤。由于接入网络对成本敏感,因此在MCF和SSMF中将量子信号(QS)与经典信号(CS)集成以节省部署成本。由于量子密钥分配的集成性,自发拉曼散射(SRS)和核间串扰(ICXT)是量子密钥分配的主要损伤源。为了减轻噪声,我们提出了一个核心和波长分配方案(CWAS),一个专用的核心的MCF被用来发送量子点和量子点的波长被设置为低于上行信号的波长。此外,我们表明,波长时分复用(WTDM)是适合的量子系统,需要支持大量的量子用户,因为WTDM可以实现更高的安全密钥速率(SKR)比时分复用(TDM),并需要较低的成本比波分复用(WDM)。最后,对所提出的量子接入网络进行了实验验证。实验结果与我们的分析是一致的。实验结果表明,在不同的实验条件下,受激喇曼散射的量子误码率(QBER)都有明显的提高,从而验证了CWAS的优越性。此外,SKR的特性证明了接收机的数量对使用WTDM的QSs的性能有很大的影响。
2019-05-15 quant-ph
High-dimensional decoy-state quantum key distribution over 0.3 km of multicore telecommunication optical fibers
多路复用是一种增加通信系统传输容量的策略。它由在同一数据信道上组合多个信号组成,在经典通信中非常成功。然而,增强通道的使用在量子通信(QC)中仅达到有限的实用性,因为它需要对更高维度的量子系统进行复杂的操纵。人们正在努力使用编码到单光子横向动量中的高维量子系统来实现QC,但到目前为止,还没有任何方法被证明与现有的电信基础设施完全兼容。在这里,我们克服了这样的技术挑战,并证明了一个稳定和安全的高维诱饵态量子密钥分发会话超过0.3公里长的多芯光纤。高维量子态定义在多个核心模式可用于光子传输的光纤,和诱饵状态分析表明,我们的技术,使一个积极的秘密密钥生成速率高达25公里的光纤传播。最后,我们展示了我们的结果如何建立一个由自由空间和光纤链路组成的高维量子网络
2016-10-07 quant-ph
Telecom Compatibility Validation of Quantum Key Distribution Co-existing with 112 Gbps/λ/core Data Transmission in Non-Trench and Trench-Assistant Multicore Fibers
我们的实验特征光子泄漏从112 Gbps的数据通道在非沟槽和沟槽辅助7芯光纤,展示了电信兼容性QKD共存的高速数据传输时,进行了适当的核心/波长分配。
2018-11-12 physics.optics quant-ph
Simultaneous transmission of hyper-entanglement in 3 degrees of freedom through a multicore fiber
本研究利用多芯光纤同时传输能量-时间、偏振和路径三个自由度的超纠缠光子,验证了至少95%的贝尔态保真度,并兼容1560 nm电信波段,为高速量子密钥分发奠定基础。
2022-08-23 quant-ph
High-Dimensional Quantum Key Distribution via full Core-mode Encoding over Deployed Multicore Fibers
Universidad de Concepción(康塞普西翁大学);Millennium Institute for Research in Optics, Universidad de Concepción(康塞普西翁大学光学研究千年研究所);Universidade Federal de Goiás(戈亚斯联邦大学);University of Vienna(维也纳大学)
提出并实验演示了直接利用四芯光纤全部芯模的四维量子密钥分发协议,在10 dB信道损耗下实现了迄今最高每脉冲密钥率。
2026-06-02 quant-ph
Chip-to-chip entanglement distribution over 80-km multicore fiber link
Technical University of Denmark(丹麦技术大学);University of Florence(佛罗伦萨大学);SiPhotonIC ApS(SiPhotonIC有限公司)
研究通过硅光芯片在80公里多芯光纤链路上实现路径编码纠缠分发,测量得到85.7%的贝尔态保真度,并在无限密钥极限下获得2.03 bit/s的密钥率,为长距离量子密钥分发提供可行平台。
2026-04-29 quant-ph
Experimental space-division multiplexed polarization-entanglement distribution through 12 paths of a multicore fiber
量子技术的发展和广泛应用在很大程度上依赖于量子通信信道的纠缠度。空分复用(SDM)增强了经典电信中的信道容量,并有可能将这一想法转移到使用当前基础设施的量子通信中。在这里,我们展示了一个SDM的偏振纠缠光子超过411米长的19芯多芯光纤分布偏振纠缠光子对通过多达12个通道同时进行。多路复用传输的质量由每对相对芯的高偏振可见度和CHSH贝尔不等式违反来证明。我们的分配方案在24小时内显示出高稳定性,无需任何主动偏振稳定,并且可以毫不费力地适应更多的通道。该技术增加了量子信道容量,并允许基于单个纠缠光子对源的多用户量子网络的可靠实现。
2021-11-16 physics.optics quant-ph
Sub-femtosecond stabilization of multicore fiber for high-fidelity quantum networking at 100% duty cycle
National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院);University of Colorado Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);Nokia Bell Labs(诺基亚贝尔实验室);Sumitomo Electric Industries, Ltd.(住友电气工业株式会社);University of Colorado, Boulder(科罗拉多大学博尔德分校)
本文通过多芯光纤的分离但高度相关核心实现量子与经典光共存,达到亚飞秒级稳定,降低串扰光子率,实现100%占空比的高保真量子通信。
2025-09-24 physics.optics quant-ph
Mode-tunable inter-core coupling of photon-number-resolved quantum light in a telecom multicore fiber
Department of Physics, University at Buffalo, The State University of New York(纽约州立大学布法罗分校物理系);Science and Technology Division, Corning Research and Development Corporation(康宁研发公司科学与技术部)
该研究在电信级39芯光纤中实现光子数分辨量子光的模可调芯间耦合,通过制备LP01-LP11相干叠加态,利用模式耦合速率差异实现3.9-13.1%的耦合调谐,并验证了传播的光子数无关性。
2026-10-05 physics.optics quant-ph
Space division multiplexing chip-to-chip quantum key distribution
量子密码学将成为未来安全通信的关键技术。然而,为了在通信网络中获得最大效益,传输链路将需要在用于多个独立用户的多个量子密钥之间共享。这样的链路将使得量子密钥的量子网络节点能够切换到它们各自的目的地。在本文中,我们提出了一个实验演示的光子集成硅芯片量子密钥分发协议的基础上空分复用(SDM),通过多芯光纤技术。得到了并行、独立的量子密钥,在密码系统和未来的量子网络中具有重要的应用价值。
2017-10-05 quant-ph
Sub-picosecond inter-core skew characterization in multicore fibers via Hong--Ou--Mandel interference
Universidad de Concepción(康塞普西翁大学);ANID – Millennium Science Initiative Program – Millennium Institute for Research in Optics, Universidad de Concepción(智利国家研究署-千年科学倡议计划-康塞普西翁大学光学研究千年研究所);Universidade Federal de Santa Catarina(圣卡塔琳娜联邦大学);ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology(ICFO-光子科学研究所,巴塞罗那科学技术研究所);Luxquanta Technologies S.L.(Luxquanta科技有限公司);Sapienza Università di Roma(罗马大学);Universidad Católica de la Santísima Concepción(圣母无原罪天主教大学)
本文通过光纤集成的4×4多端口光束分离器利用双光子Hong--Ou--Mandel干涉测量多芯光纤中芯间偏移特性,实现了±0.11 ps的高精度测量,展示了随机游走尺度的验证。
2026-05-15 physics.optics quant-ph
High-dimensional quantum communication: benefits, progress, and future challenges
近年来,人们对高维量子态及其对量子通信的影响的兴趣日益浓厚。事实上,扩大的希尔伯特空间的可用性提供了多种优势,从更大的信息容量和更高的抗噪声能力,到量子物理学的新基础研究可能性。多个光子自由度已经被探索用于产生高维量子态,无论是用体光学还是集成光子学。此外,这些量子态已经通过各种通道,\textit{e.g.}自由空间链路,单模,多芯和多模光纤以及水生通道传播,实验证明了相对于二维系统的理论优势。本文综述了高维量子态的产生、传播和探测的研究进展。
2019-10-16 quant-ph
Fast Algorithms and Implementations for Computing the Minimum Distance of Quantum Codes
Universidad Jaume I(豪梅一世大学);University of Gdansk(格但斯克大学)
本文提出三种快速算法和实现,用于计算关联经典码的辛距离,基于Brouwer-Zimmermann算法,在多核处理器和共享内存多处理器上性能提升显著,且在计算密集型情况下性能提升超过一个数量级。
2025-07-16 cs.CE cs.IT cs.MS
Parity Quantum Computing as YZ-Plane Measurement-Based Quantum Computing
该研究证明采用恒定深度解码的通用宇称量子计算等价于二分图上仅用YZ平面测量的MBQC,并指出所有仅用YZ平面测量的幺正MBQC均需基于二分图,建立了两者等价性与结构约束关系。
2025-02-14 quant-ph
Relativistic Quantum Computing
我们提出一些非正式的意见方面的相对论量子计算。
1999-11-19 quant-ph
Verification for measurement-only blind quantum computing
盲量子计算是一种新的安全的量子计算协议,它允许一个没有任何复杂量子技术的客户端将自己的量子计算委托给一个服务器进行,而不会泄露任何隐私。已知仅具有测量设备的客户端可以执行盲量子计算[T. Morimae和K. Fujii,Phys.Rev.A { \bf 87},050301(R)(2013)]。协议是否能享受验证一直是一个悬而未决的问题,即,客户端检查计算正确性的能力。本文提出了一种用于纯测量盲量子计算的验证协议。
2014-06-19 quant-ph
Quantum Computing in Transport Science: A Review
本文综述了量子计算在交通科学中的应用潜力,重点介绍基于门的量子计算、量子退火和量子机器学习三种范式及其对解决复杂交通系统问题的前景。
2025-03-27 quant-ph
Fast quantum computing with semiconductor quantum dots in a microcavity
论文已被作者撤回
2002-12-02 quant-ph
Measurement-only verifiable blind quantum computing with quantum input verification
可验证盲量子计算是一种安全的委托量子计算,其中具有有限量子技术的客户端将她的量子计算委托给具有通用量子计算机的服务器。客户的隐私受到保护(失明),并且计算的正确性可以由客户验证,尽管她的量子技术有限(可验证性)。可验证的盲量子计算协议主要有两类:一类是客户端只需要产生单量子比特态的协议,另一类是客户端只需要单量子比特测量能力的协议。后者被称为仅测量可验证的盲量子计算。如果客户端的量子计算的输入是客户端不知道其经典有效描述的量子态,则仅测量的客户端无法验证输入的正确性。在这里,我们介绍了一个新的协议的测量只可验证的盲目量子计算的正确性的量子输入也是可验证的。
2016-06-21 quant-ph
An Introduction to Quantum Computing using Cavity QED concepts
我们提出了一个简洁而完整的概念处理量子计算实现腔量子电动力学(CQED)。本文旨在为从其他领域进入该领域的专业人士提供简要概述,他们可能在技术培训期间没有讨论过量子计算背后的概念。
2012-10-08 quant-ph
Computing a Turing-Incomputable Problem from Quantum Computing
从量子计算的角度出发,建立了一个超计算模型--无限方阱超计算模型(ISWHM)。该模型是受Tien D. Kieu quant-ph/0203034并解决了图灵不可计算问题。针对所提出的模型和问题,对其行为进行了仿真。此外,还证明了ISWHM是一个普适的量子计算模型。
2003-09-26 quant-ph
Multiparty Delegated Quantum Computing
量子计算在过去几年中取得了巨大的进展。然而,由于量子技术在可扩展性方面的限制,我们似乎还远远没有为日常用户构建通用的量子计算机。更可行的解决方案是将计算委托给网络上强大的量子服务器。这种解决方案在以前的盲量子计算研究中提出,保证了输入和计算的保密性。在这项工作中,我们进一步发展了加密数据计算的思想,提出了一个多方委托量子计算协议在基于测量的量子计算框架。
2017-04-10 quant-ph
Research on quantum compilation of neutral atom quantum computing platform
针对中性原子量子计算平台编译方法不成熟的问题,本文综述基于矩阵分解的方法,并提出可将任意酉操作分解为平台适配量子门、且电路可直接运行的编译算法。
2025-01-09 quant-ph
Classical computing, quantum computing, and Shor's factoring algorithm
这是为布尔巴基研讨会写的一个临时演讲。在简要介绍之后,第1节用范畴语言讨论了经典确定性计算的结构。回顾了P/NP问题复杂性的基本概念。第二节介绍量子并行的概念,并解释了量子计算的主要问题。第三节介绍了四个量子子程序:初始化,经典布尔函数的量子计算,量子傅里叶变换和Grover搜索算法。中心部分4解释肖尔的因式分解算法。第五节将Kolmogorov复杂性与可计算函数的谱性质联系起来。附录有助于量子计算的史前史。
1999-03-02 math.QA quant-ph
Review of Distributed Quantum Computing. From single QPU to High Performance Quantum Computing
本文针对单量子处理器算力受限的问题,全面综述分布式量子计算的基础原理、研究成果、挑战与未来方向,为领域研究者和新人提供详尽参考。
2024-04-01 cs.ET quant-ph
Quantum Computing's Classical Problem, Classical Computing's Quantum Problem
面对建造越来越好的计算机的挑战,量子计算和经典计算面临着同样的难题:经典计算系统的成功。小型量子计算系统已经得到验证,中等规模的系统也即将出现,它们能够计算数值结果或模拟物理系统,远远超出人类手工所能做到的。然而,要想在商业上可行,它们必须超越我们非常成功的、高度先进的经典计算机所能做的。与此同时,那些经典计算机继续进步,但这些进步现在受到热力学的限制,并且很快将受到原子物质的离散性质以及最终的量子效应的限制。技术进步使量子机械和经典机械都受益,改变了竞争格局。我们能否建造量子计算系统,使其计算能力超过每月几个$10^{30}$逻辑门的经典系统?本文将讨论这些竞争和合作的技术趋势的相互作用。
2013-10-08 cs.ET quant-ph
The role of Quantum Interference in Quantum Computing
量子干涉被提出作为增强量子计算的工具。
2005-12-11 cs.CC quant-ph
Evolution of Quantum Computing: A Systematic Survey on the Use of Quantum Computing Tools
量子计算(QC)是一种新兴的范式,它继承并构建了量子力学(QM)的概念和现象,具有巨大的潜力,可以解决科学家以前无法解决的复杂和计算上棘手的问题。近年来,QC的巨大努力和进步标志着比经典计算技术更有效地解决现实世界问题的重要里程碑。虽然近年来在量子计算方面取得了相当大的进展,但需要投入大量的研究工作来将这一领域从一个想法转变为一个工作范式。在本文中,我们对促进量子计算的论文、工具、框架、平台进行了系统的调查和分类,并从应用和量子计算的角度对其进行了分析。我们介绍了量子计算层,量子计算机平台的特征,电路模拟器,开源工具Cirq,TensorFlow Quantum,ProjectQ,这些工具允许使用强大而直观的语法在Python中实现量子程序。接下来,我们讨论了当前的本质,确定了开放的挑战,并提供了未来的研究方向。我们的结论是,在过去的几年中出现了大量的框架,工具和平台,改进现有的设施将利用量子研究界的研究活动。
2022-04-04 cs.SE quant-ph
A very brief introduction to quantum computing and quantum information theory for mathematicians
这是一个非常简短的介绍量子计算和量子信息论,主要针对几何学家。除了基本的定义和例子,我强调感兴趣的几何方面,特别是与渐近表示论的连接。大多数陈述的证明可以在标准参考文献中找到。
2018-01-15 math.HO quant-ph
Quantum Computing via The Bethe Ansatz
我们将计算的量子线路模型看作是可因式分解的散射模型,并提出量子计算机是由Bethe模型求解的量子多体系统联系起来的。作为支持量子计算观点的一个典型例子,我们研究了具有δ函数相互作用的一维非相对论系统中的量子计算,其中两体散射矩阵满足因子分解方程(量子Yang-Baxter方程),并充当参数两体量子门。最后,我们通过比较量子计算与拓扑量子计算的可因式分解散射。
2011-06-20 physics.gen-ph quant-ph
Equal cost of computation for truth and falsity of experimental quantum propositions necessitates quantum parallel computing
尽管在过去的几十年里,人们对量子计算产生了浓厚的兴趣和兴奋,但仍然缺少一个简明的声明来说明这种计算可以真正帮助什么。正如本文所示,经典计算无法实现实验量子命题的真和假的相等计算成本(为了从前提中推断结论所需)。另一方面,这个等式可以用量子并行计算来实现,只要这种计算的效率可以大于1。
2020-01-03 math-ph math.MP quant-ph
Quantum Computing and the Future Internet
如今,网络安全专业人士最大的担忧之一是围绕量子计算的炒作,其不可理解的力量及其影响。量子计算的进步有可能彻底改变我们的日常生活,但它也可能彻底打破我们所知道的互联网,数学家和物理学家已经开发出基于量子计算的算法,这可能改变互联网安全范式。本文讨论了量子计算的关键概念,特别关注量子互联网、量子密钥分发以及相关的挑战。
2022-03-14 cs.CR physics.pop-ph quant-ph
Knot theory and quantum computing
本文探讨了纽结理论与量子计算之间的相互作用。一方面,纽结理论已被用于创建量子计算模型,另一方面,它是计算问题的来源。纽结理论常被用来向没有正式数学背景的人介绍拓扑思想,我们正在这个传统的基础上讨论量子计算的一些更深层次的思想。
2019-01-09 math.GT math.HO quant-ph
Finding resource states of measurement-based quantum computing is harder than quantum computing
基于测量的量子计算使得通用量子计算能够仅对某些多量子比特状态(诸如图状态、阿弗莱克-肯尼迪-利布-田崎(AKLT)状态和若干张量网络状态)进行自适应单量子比特测量。寻找基于测量的量子计算的新资源状态是一项艰巨的任务,因为对于给定的状态,存在指数级的许多可能的测量模式。本文考虑了对于给定的态和幺正算符集合,是否存在一种基于测量的量子计算方法来实现该集合中的所有幺正算符的问题.我们证明了决策问题是QCMA困难的,这意味着找到基于测量的量子计算的新资源状态比量子计算本身更难(除非BQP等于QCMA)。我们还推导出一个上限的决策问题:这个问题是在量子版本的第二层次的多项式。
2016-09-02 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el cs.CC
Quantum Computing and Shor`s Factoring Algorithm
量子计算讲座。内容:算法。量子线路。量子傅里叶变换数论的基础。模幂运算。Shor的算法,用于查找订单。Schor算法的计算复杂度。因式分解整数NP完全问题
2001-09-02 hep-th math-ph math.MP