Tomography of a High-Purity Narrowband Photon From a Transient Atomic Collective Excitation
我们证明了高纯度窄带宽单光子的有效预示产生的瞬态集体自旋激发在热原子蒸气细胞。采用光学零差层析成像，我们完全重建所产生的光子的密度矩阵，并观察到维格纳函数达到零值，而不校正任何效率低下。所产生的光子的窄带宽伴随着产生高光谱亮度的高生成速率。因此，该源与基于原子的量子存储器以及光原子接口中的其他应用兼容。这项工作为制备和测量原子集体激发的任意叠加态铺平了道路。
2012-04-26 quant-ph
Spectral Compression of Narrowband Single Photons with a Resonant Cavity
我们实验证明了一个光谱压缩计划预示着单光子与窄光谱带宽约795 nm，通过四波混频产生的冷Rb-87原子云。该方案是基于一个非对称腔作为色散介质和一个简单的二元相位调制器，并可以，在原则上，没有任何光损耗。我们观察到从20.6 MHz到小于8 MHz的压缩，几乎匹配相应的原子跃迁。
2020-01-02 physics.optics quant-ph
Pure narrowband photon-pair generation in a monolithic cavity
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Institute of Space Research, German Aerospace Center（德国航空航天中心空间研究所）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；AQLS UG (haftungsbeschränkt)（AQLS有限责任公司）
本文提出基于单片谐振腔的单光子源，实现1540nm波长和168MHz带宽的高纯度单光子生成，最大 heralding 效率为70%，多光子污染低于3%。
2026-05-08 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
Ultrabright and narrowband intra-fiber biphoton source at ultralow pump power
高亮度非经典光子源是量子通信技术的关键组成部分。在这里，我们展示了窄带，非经典光子对的产生，采用自发四波混频在一个光学致密的冷原子系综内的空芯光纤。我们的光源亮度接近可实现的生成光谱亮度的极限，在该极限处连续的光子对开始在时间上重叠。对于产生的光谱亮度每泵功率高达$2\times 10^{9} \ \textrm{pairs/(s MHz mW)}$，我们观察到非经典的相关性低于$100 \textrm{nW}$泵功率和窄带宽的$2π\times 6.5 \ \textrm{MHz}$。在这个制度中，我们证明，我们的源可以被用作一个预示着单光子源。通过进一步增加亮度，我们进入连续光子对开始在时间上重叠的状态，并且互相关接近对应于热统计的极限。我们的方法相结合的原子系综和波导环境的优点是一个重要的一步，对光子量子网络的系综为基础的元素。
2022-11-02 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
Heralded Single-Photon Emission from the Mollow Triplet Sidebands of a Quantum Dot
共振激发的量子发射体的辐射是量子光学中一个有趣的研究课题，也是不同类型量子光场的有用光源。共振光谱由低于量子发射体的饱和的单个谱线组成，其在高于发射体的饱和的功率下发展成三重态。三重态的光谱性质强烈地依赖于泵浦功率和激发激光的失谐量。来自共振荧光的三个紧密间隔的光子通道具有不同的光子统计特征。我们提出了一个详细的光子统计分析的共振荧光发射三重态从一个基于固态的人工原子，即半导体量子点。光子相关测量表明，从莫洛三重态边带的“单一”和“预示”的光子发射。超亮和窄带发射（进入第一透镜的5.9MHz）可以通过激光失谐超过其线宽的15倍（{Δ v} \approx 1.0GHz）来方便地进行频率调谐。这些独特的性质使得Mollow三重态边带发射成为例如量子光谱学和量子信息应用的有价值的光源。
2011-08-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Interfacing transitions of different alkali atoms and telecom bands using one narrowband photon pair source
量子信息技术强烈地依赖于光学光子与窄带量子系统（诸如量子点、色心和原子系统）的耦合。这种耦合需要将光波长和带宽与所需的系统相匹配，这对于大多数可用的量子光源来说是一个相当大的问题。在这里，我们展示了碱金属偶极跃迁与可调光子对源的耦合。我们的源是基于自发参量下转换在一个三倍频共振回音壁模式谐振器。为此，我们已经开发了新的波长调谐机制，它允许粗调谐到铯或铷的波长，随后连续微调到所需的过渡。作为源的功能的演示，我们进行了预示性的原子衰变的单光子测量。我们在控制自发下转换过程方面取得了重大进展，这使得我们明亮的单光子源现在与过多的窄带共振系统兼容。
2015-10-01 physics.optics quant-ph
A quantum detector for photon entanglement
我们使用一个单一的捕获的40 Ca+离子作为共振，偏振敏感的吸收体检测和表征的纠缠可调窄带光子对从自发参量下转换源。单光子吸收的标志是离子中的量子跃迁，并通过同时检测到伙伴光子来预示。对于三个偏振基设置的吸收和检测的先驱，我们发现最大的重合总是正交偏振。双光子量子态的层析重建进一步证明了偏振纠缠。
2012-07-12 quant-ph
Quantum non-Gaussianity of frequency up-converted single photons
光的非经典态是当今量子通信和计量协议中的重要资源。非经典态的量子上转换是克服量子信息网络中不同子系统之间频率差异的一种很有前途的方法。在这里，我们提出了在1550 nm处通过腔增强的自发参量下转换（SPDC）和随后的上转换到532 nm的预示窄带单光子的产生。量子非高斯性（QNG）是量子信息科学中的一个重要特性，首次在频率上转换态中得到了实验验证。
2016-05-12 quant-ph
Bridging Visible and Telecom Wavelengths with a Single-Mode Broadband Photon Pair Source
我们提出了一个光谱去相关的光子对源，桥接可见光和电信波长区域。实芯光子晶体光纤（PCF）的定制设计和制造导致信号光子和闲频光子仅发射成单一光谱和空间模式。因此，没有窄带滤波是必要的，在电信波长的超快波包中的纯光子数态的产生成为可能。
2010-03-23 quant-ph
Frequency tuning of a triply-resonant whispering-gallery mode resonator to MHz wide transitions for proposed quantum repeater schemes
量子中继器依赖于飞行量子比特与量子存储器的接口。最常见的实现包括在带宽和中心频率上与原子系统匹配的窄带单光子。之前，我们证明了我们的多功能预示单光子源的兼容性，其基于三重共振回音壁模式谐振器中的参数下转换，具有碱性跃迁[Schunk等人，Optica 2，773（2015）]。在本文中，我们分析了我们的源在相位匹配，可用的波长调谐机制，和应用到窄带原子系统。我们共振地址的铯和铷的D1跃迁与此光参量振荡器泵浦其振荡阈值以上。低于阈值，单光子的有效耦合到原子跃迁预示着由单个电信波段的光子被证明。最后，我们提出了一个准确的分析描述我们的观察。提供连接各种原子跃迁与电信波长的灵活性，我们展示了一种有前途的方法来实现量子中继器的基本构建模块。
2016-07-14 quant-ph
On-Chip Generation of Co-Polarized and Spectrally Separable Photon Pairs
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；A ∗ STAR Quantum Innovation Centre (Q.InC), Agency for Science, Technology and Research (A ∗ STAR)（新加坡科技研究局A*STAR量子创新中心）；Institute of Materials Research and Engineering (IMRE), Agency for Science, Technology and Research (A ∗ STAR)（新加坡科技研究局A*STAR材料研究与工程学院）
本文提出了一种在薄膜铌酸锂纳米光子电路中生成光谱分离光子对的新方法，通过高阶空间模式和高阶横向电模式实现光谱分离，提升光子纯度和干涉可见度。
2026-01-20 quant-ph
An experimental setup to generate narrowband bi-photons via four-wave mixing in cold atoms
我们提出了我们最近建立的实验装置，旨在产生近红外和窄带相关光子对诱导四波混频在冷气体中的$^{87}$ Rb原子限制在磁光阱。详细描述了实验装置及其自动化和控制方法。的原子系综的光密度的表征以及所产生的光的基本统计测量报告。通过在Hanbury Brown Twiss干涉仪中观察到5.6倍的$\times 10^5$对Cauchy-Schwarz不等式的破坏，证实了光子对的非经典性质。根据我们的观测估计了预示的闲频光子的$1/e$相干时间为$4.4 \pm 0.1$ ns。我们能够实现$10^{4}$ s $^{-1}$对检测率的值，这导致280（MHz s）$^{-1}$的光谱亮度。高亮度和窄带光谱的结合使这种光子对源成为量子态基础研究的可行工具，并为在量子技术中使用它们打开了大门。
2021-08-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Counter-propagating photon pair generation in a nonlinear waveguide
非线性块状晶体中的反向传播参量转换过程已被证明具有独特的特性，可用于有效的窄带频率转换。在量子光学中，利用波导中的反向传播参数下转换过程（PDC）产生光子对，其中信号光子和空闲光子在相反方向上传播，提供了独特的与材料无关的工程能力。然而，实现反向传播PDC需要具有极短极化周期的准相位匹配（QPM）。本文报道了在自制的周期性极化锂离子光波导中产生反向传播的单光子对，极化周期与产生的波长在同一数量级上。双光子态的单光子桥接GHz和THz带宽，具有可分离的联合时间光谱行为。此外，他们允许直接观察的时间包络预示着单光子与最先进的光子计数器。
2020-01-28 quant-ph
Single-photon synchronization with a room-temperature atomic quantum memory
本文利用室温原子量子存储器实现独立单光子的高效同步，显著提升光子对符合率，并通过干涉测量验证了同步光子的不可区分性。
2023-02-19 quant-ph
Bright multiplexed source of indistinguishable single photons with tunable GHz-bandwidth at room temperature
与原子系综良好耦合的窄带单光子可能对未来的量子网络至关重要，但有效产生此类光子仍然是一个突出的挑战。我们实现了一个空间多路复用预示源的单光子，本质上是兼容的常用的铷D2线。我们的光源是基于热铷蒸气中的四波混频，不需要激光冷却或光学腔，并产生高速率和低噪声的单光子。我们使用Hong-Ou-Mandel干涉来验证在两个不同（复用）通道中产生的光子的不可分辨性。我们进一步证明了光子的时间宽度的五倍可调性。理论模型与实验结果吻合较好。
2021-04-19 physics.optics quant-ph
An Optimized Photon Pair Source for Quantum Circuits
我们实现了一个超快脉冲II型参量下转换源在周期性极化KTP波导在电信波长与信号和闲频之间几乎相同的属性。因此，我们的源非常类似于具有不可区分模式的纯的、真正的单模光子对源。我们测量的联合光谱强度分布和二阶关联函数的边缘光束，发现与这两种方法非常低的有效模式数对应的施密特数低于1.16。通过信号光与闲频光之间以及信号光/闲频光与相干光场之间的Hong-Ou-Mandel干涉，我们进一步证明了信号光和闲频光的不可分辨性以及它们的纯度。在不使用窄带光谱滤波的情况下，我们实现了94.8%的信号和闲频之间的干涉的可见性，并确定了超过80%的纯度为预示单光子状态。此外，我们测量的信号和闲频光束对应的探测器损失校正值为80%和70%的原始预示效率为20.5%和15.5%。
2013-06-04 quant-ph
Counter-propagating spectrally uncorrelated biphotons at 1550 nm generated from periodically poled MTiOXO4 (M = K, Rb, Cs; X = P, As)
我们从理论上研究了周期极化MTiOXO_4（M = K，Rb，Cs; X = P，As）晶体在反向传播自发参量下转换（CP-SPDC）中产生的光谱不相关双光子。通过数值计算，发现KTP族中的五种晶体都能产生光谱纯度高、调谐范围宽的单光子。在0型相位匹配条件下，1550 nm处的纯度在0.91 ~ 0.92之间，1500 ~ 2000 nm波长处的纯度均保持在0.90以上。在II型相位匹配条件下，PPKTP、PPRTP、PPKTA、PPRTA和PPCTA在1550 nm处的纯度分别为0.96、0.97、0.97、0.98和0.98;此外，对于大于600 nm的波长范围，纯度可以保持在0.96以上。我们还模拟了PPRTP晶体在1550 nm处独立光子源间的Hong-Ou-Mandel干涉，在0型（Ⅱ型）相位匹配条件下，干涉可见度为92%（97%）。该研究为电信波段的量子存储器和量子网络提供了光谱纯的窄带单光子源。
2020-09-28 quant-ph
Off-resonant emission of photon pairs in nonlinear optical cavities
腔辅助自发参量下转换（SPDC）和非线性光学材料中的自发四波混频（SFWM）是产生窄带时间能量纠缠光子对的实用而通用的方法。具有定制的光谱-时间特性的时间-能量纠缠光子对于高效的量子光学接口特别有用。在这项工作中，我们研究了产生的光子对在腔辅助的SPDC和SFWM的一般情况下的非共振转换，即，当所产生的光子的频率不匹配的腔共振。这种频率失配特别取决于温度，并且在实验中需要额外的控制。首先，我们提出了一个通用的模型，用于描述腔辅助的SPDC和SFWM。结果表明，在这两个过程中，失配降低了光子的产生率，扭曲了产生的光场的光谱和自关联函数，以及影响光子产生动力学。其次，我们使用非线性回音壁模式谐振器（WGMR）作为实验平台，通过控制频率失配，利用光子对的参量产生来验证实验结果。我们的工作揭示了频率失配在光子产生过程中的作用，并给出了一种控制它的方法，所获得的结果在完全控制纠缠光子对的光谱-时间特性和产生具有定制时间模式的单光子脉冲的方向上又迈出了一步。
2018-05-22 quant-ph
An ultralow-loss integrated photonic platform for discrete-variable quantum information processing
International Quantum Academy（国际量子科学院）；Shenzhen Futian SUSTech Institute for Quantum Technology and Engineering（深圳福田南方科技大学量子技术与工程研究院）；School of Physical Sciences and Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学物理科学学院与合肥国家实验室）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
本文通过超低损耗氮化硅集成光子平台，集成窄带光子对源与低损耗量子比特融合电路，实现了创纪录的四光子GHZ态保真度（0.943）和计数率（27 Hz），克服了速率-损耗障碍。
2026-07-21 physics.optics quant-ph
