Quantum-optical states in finite-dimensional Hilbert space. II. State generation
Wieslaw Leonski, Adam Miranowicz
在第二部分的评论（第一部分见quant-ph/0108080），我们讨论了一个物理模型的产生“截断”相干态和压缩态在有限维希尔伯特空间。
In the second part of our review (for the first part see quant-ph/0108080), we discuss a physical model for generation of "truncated" coherent and squeezed states in finite-dimensional Hibert spaces.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Quantum-optical states in finite-dimensional Hilbert space. I. General formalism
近年来，随着量子计算、量子光学态制备和测量技术的发展，特别是离散量子态层析成像技术的发展，人们对有限维希尔伯特空间中量子光学态的研究产生了浓厚的兴趣。在第一部分中，我们提出了两种本质上不同的方法来定义谐振子在有限维希尔伯特空间的状态。其中之一与Pegg、Phillips和Barnett的截断方案有关[Phys. Rev. Lett. 81，1604（1998）] --所谓的量子剪刀装置。第二种方法对应于Leobranski和Tanabranski的截断方案[Phys.Rev.A49，R20（1994）]。我们提出了一些新的定义，这些截断方案有关的状态，并找到他们的明确形式的Fock表示。我们讨论了相干态、相位相干态、位移数态、薛定谔猫和压缩真空的有限维推广。我们展示了一些有趣的性质的状态的帮助下的离散维格纳函数。
Coherence generation, symmetry algebras and Hilbert space fragmentation
该研究揭示了封闭量子系统中希尔伯特空间碎片化的代数分类与相干生成能力（CGP）的关联，证明最大CGP与独立克里洛夫子空间数K相关，且CGP的哈尔平均值标度仅取决于K，阐明了二者的直观联系。
Monitoring variations of refractive index via Hilbert-Schmidt speed and applying this phenomenon to improve quantum metrology
本文利用原子系综的集体光学行为增强单原子频率估计，并提出以 Hilbert-Schmidt 速度监测线性与非线性折射率变化、检测负介电常数和负折射率，从而改进量子计量。
Local unambiguous unidentifiability, entanglement generation, and Hilbert space splitting
研究支撑在正交子空间上的混合态集合的局部无歧义不可识别性，证明其充分必要条件是状态支撑在纠缠子空间中，揭示了其与纠缠投影测量及Hilbert空间分裂的等价关系，并探讨了相关维度约束与状态判别任务。
Solving two-mode squeezed harmonic oscillator and $k$th-order harmonic generation in Bargmann-Hilbert spaces
在Bargmann-Hilbert整函数空间的框架下，研究了双模压缩谐振子和$k$三阶谐波的产生。对于位移谐振子、单模压缩谐振子和双模压缩谐振子，我们导出了它们的能量和波函数的精确的封闭形式的表达式。对于由$k\geq 3$产生的$k$次谐波，我们的结果表明它不具有本征函数，因而在Bargmann-Hilbert空间中是不确定的.
Violation of a Bell-like Inequality in Neutron Optical Experiments: Quantum contextuality
我们报道了一个单中子光学实验来证明类贝尔不等式的违反。纠缠不是在粒子之间实现的，而是在自由度之间实现的，在这种情况下，对于单个粒子。利用了中子的自旋{ \small 1/2}性质。中子的总波函数在张量积希尔伯特空间中描述。Bell不等式不是由非局部性而是由上下文性导出的。旋量和路径性质的联合测量导致了Bell不等式的违反。在一个希尔伯特空间中操纵波函数会影响另一个希尔伯特空间中的测量结果。讨论了实验中的量子上下文性和纠缠诱导关联。
Generation of Quantum Entanglement in Autonomous Thermal Machines: Effects of Non-Markovianity, Hilbert Space Structure, and Quantum Coherence
研究通过量子自主热机与外部量子系统相互作用生成纠缠，分析非马尔可夫性、希尔伯特空间结构和相干性对纠缠生成的影响，揭示温度差和相干性作为量子资源的作用。
Generalized quantum XOR-gate for quantum teleportation and state purification in arbitrary dimensional Hilbert spaces
本文给出了量子异或门在任意维希尔伯特空间中的推广。与单粒子傅立叶变换一起，该门能够执行各种任务，这些任务对于任意维希尔伯特空间中的量子信息处理是重要的。这些任务包括贝尔态的制备、量子隐形传态和量子态纯化。提出了一种基于非线性光学元件的广义异或门的物理实现。
Quantum gate characterization in an extended Hilbert space
我们描述了一种使用量子过程层析成像来表征量子门的过程的方法，首先在扩展的希尔伯特空间中对其进行建模，该空间包括非量子位自由度。为了防止非物理过程被预测，目前的量子过程层析成像程序结合了数学约束，其不假设所描述的系统的实际物理性质。相比之下，这里提出的过程通过对量子过程的性质施加物理约束来确保物理性。这允许使用较小的实验数据集进行量子过程层析成像，并产生具有直接物理解释的参数。以全光控制非门中的模式匹配为例说明了该方法。所描述的技术是非特定的，并且可以应用于其他光学电路或量子计算架构。
Control of trapped-ion quantum states with optical pulses
我们提出了新的结果量子控制系统的无穷大希尔伯特空间。对利用光脉冲控制囚禁离子量子态进行了控制论分析。我们演示了如何共振双色场可以应用在两个对比的方式-一个，使系统完全不可控，和其他的，使系统可控。在一些有趣的情况下，量子位谐振子的希尔伯特空间可以是有限的，并且薛定谔方程可以通过双色共振脉冲控制。将这一分析推广到两个离子的量子态，我们发现了一种产生纠缠量子比特的新方案。
Generation of inequivalent generalized Bell bases
引入了二分d维Hilbert空间的极大纠缠基的等价性概念。给出了一种构造不等基的显式方法。
Recently, quantum contextuality has been proved to be the source of quantum computation's power. That, together with multiple recent contextual experiments, prompts improving the methods of generation of contextual sets and finding their features. The most elaborated contextual sets, which offer blueprints for contextual experiments and computational gates, are the Kochen--Specker (KS) sets. In this paper, we show a method of vector generation that supersedes previous methods. It is implemented by means of algorithms and programs that generate hypergraphs embodying the Kochen-Specker property …
Interferometry is one of the central organizing principles of optics. Key to interferometry is the concept of optical delay, which facilitates spectral analysis in terms of time-harmonics. In contrast, when analyzing a beam in a Hilbert space spanned by spatial modes -- a critical task for spatial-mode multiplexing and quantum communication -- basis-specific principles are invoked that are altogether distinct from that of `delay.' Here, we extend the traditional concept of temporal delay to the spatial domain, thereby enabling the analysis of a beam in an arbitrary spatial-mode basis -- exempl…
Coherent states in a projected Hilbert space have many useful properties. When there are conserved quantities, a representation of the entire Hilbert space is not necessary. The same issue arises when conditional observations are made with post-selected measurement results. In these cases, only a part of the Hilbert space needs to be represented, and one can define this restriction by way of a projection operator. Here coherent state bases and normally-ordered phase-space representations are introduced for treating such projected Hilbert spaces, including existence theorems and dynamical equat…
The four-component cat state represents a particularly useful quantum state for realizing fault-tolerant continuous variable quantum computing. While such encoding has been experimentally generated and employed in the microwave regime, the states have not yet been produced in the optical regime. Here we propose a simple linear optical circuit combined with photon counters for the generation of such optical four-component cat states. This work might pave the way for the first experimental generation of fault-tolerant optical continuous variable quantum codes.
Exploring Hilbert Space: accurate characterisation of quantum information
我们报道了利用自发参量下转换的双量子比特源产生了一系列具有可控纠缠度和熵的量子态。状态的特征在于使用的纠缠度和熵的措施，从断层摄影确定的密度矩阵。引入了纠缠熵平面作为这些态的图形表示，并给出了在给定熵下可能的最大纠缠量的理论上界。一般量子态产生和精确表征的这种组合是量子器件开发的必要先决条件。
Development of quantum computation and communication, recently shown to be supported by contextuality, arguably asks for a requisite supply of contextual sets. While that has been achieved in even dimensional spaces, in odd dimensional spaces only a dozen contextual critical Kochen-Specker (KS) sets have been found so far. In this paper we give three methods for automated generation of arbitrarily many contextual KS and non-KS sets in any dimension for possible future application and implementation and we employ them to obtain millions of KS and other contextual sets in dimensions 3, 5, 7, and…
Experimental proposal for the generation of entangled photon triplets by third-order spontaneous parametric downconversion in optical fibers
我们提出了一个基于细光纤中三阶自发参量下转换产生光子三重态的实验方案。我们的分析包括量子态的表达式，它描述了光子三重态和产生率的所有实验参数。我们还提出了一个特定的源设计，数值计算的生成率。
Homodyne tomography characterization and nonlocality of a dual-mode optical qubit
利用量子零差层析技术，研究了单光子在两个光学模上的离域特性。重建的四维密度矩阵在整个希尔伯特空间上延伸，从而首次揭示了作为电磁场状态的双轨光量子比特的完整信息。实验数据违反了贝尔不等式，尽管有一个类似于光子计数实验中的检测漏洞的漏洞。
Spontaneous Generation of Photons in Transmission of Quantum Fields in PT Symmetric Optical Systems
本文利用二次量子化方法对PT对称光学系统进行了严格的数学一致性描述。我们证明了在PT对称系统中光子的显著自发产生的可能性。此外，我们显示了汉伯里-布朗Twiss（HBT）的相关性在自发产生的出现。我们表明，自发产生决定性地决定了PT对称系统中的非经典性质的字段。我们的工作可以应用到其他系统，如等离子体结构的损失补偿增益机制。
Quantum superposition principle and generation of ultrashort optical pulses
我们讨论了激光辐射通过量子制备的Λ型原子的介质的传播，以增强对Phys.Rev.A80，035801（2009）中提出的QS-PT发生器的物理的理解。我们得到的分析结果给出了一系列超短光脉冲的定性描述，并表明在碱蒸汽介质中，在普通实验条件下可以实现QS-PT的产生。
Optical qubit generation by state truncation using an experimentally feasible scheme
研究了利用量子剪刀器件（QSD）产生真空态和单光子态的任意叠加态。该装置允许通过截断输入相干光来准备状态。使用实验上可行的QSD计划的任何所需的状态的产生的相干光的强度的最佳值被发现。
Generation of Three-Qubit Entangled W-State by Nonlinear Optical State Truncation
我们提出了一种利用量子剪刀截断光态来产生W态的方案。特别地，这些状态可以通过克尔非线性耦合器中的三模光学状态截断来生成。如果系统由外部经典场驱动，也可能产生更一般的三量子比特态。
Generation and Analysis of Hidden Optical-Polarization States
设计并研究了一种由相位共轭镜、普通反射镜和偏振分束器组成的混合光学器件-相位共轭镜迈克耳孙干涉仪，用于产生一种特殊的光学偏振态。这种奇怪的"本质上是单模的“光偏振态在正交基模中具有非随机的”振幅比“和非随机的”相位和“，而通常的”真正的单模“光偏振态的非随机的”振幅比“和非随机的”相位差“作为光偏振特性参数。由于它不被斯托克斯参数所表征，因此人们可以将其命名为“隐藏的光学偏振态（HOPS）”。HOPS的特征在于一组参数，即，隐光偏振参数。正式的实验方案，实验测量这些参数，从而提供表征的HOPS。
Simple optical measurement of the overlap and fidelity of quantum states: An experiment
我们提出的实验结果测量的重叠的纯和混合偏振态的光子。还测量了混合态的保真度和纯度。该实验装置利用了分束器可以区分单重态贝尔态和其他贝尔态的事实，即，它实现了光子在希尔伯特空间的对称和反对称子空间中的投影。
Hilbert Space Black Hole Analog: Unidirectional Transport without Driving
本研究通过光学晶格中不对称势垒的相互作用玻色子，实现了无外部驱动的单向量子传输，展示了多体相互作用在方向性传输中的新途径。
Constructing finite dimensional codes with optical continuous variables
我们展示了如何在无限维希尔伯特空间的光学模式的量子比特可以容错编码。该方案是有效的，在现有技术条件下是可实现的。事实上，它涉及两个通过交叉克尔相互作用耦合的传播光学模式，最初在相干态中制备，其中一个比另一个更强烈。在克尔介质的出口处，弱模受到零差测量，并且在强模的量子涨落中有条件地产生量子码字。
Dynamic optical bistability in resonantly enhanced Raman generation
我们报道了Rb蒸气中共振增强受激拉曼散射的新动力学行为。特别地，我们证明了拉曼散射光场响应于驱动激光场强度和/或频率的变化的动态滞后。这种效应可以被描述为由原子相干性的形成和衰减引起的光学双稳的动态形式。我们已经将这种现象应用于全光开关的实现。
Conditional generation of optical Schrödinger cat states
给出了一个在行波光学环境中具有小间隔的两个相干态叠加源，我们证明了通过干涉和平衡零差测量，有条件地制备一个对称放置的相干态叠加在相空间原点周围是可能的。叠加态中相干态的分离将在此过程中被放大。
We present an optical design where polarization-entangled photon pairs are generated within two $β$-Barium Borate crystals whose optical axes are parallel. This design increases the spatial mode overlap of the emitted photon pairs enhancing single mode collection without the need for additional spatial walk-off compensators. The observed photon pair rate is at least 65000 pairs/s/mW with a quantum state fidelity of 99.53$\pm$0.22% when pumped with an elliptical spatial profile.
Generation of two-color polarization-entangled optical beams with a self-phase-locked two-crystal Optical Parametric Oscillator
介绍了一种产生连续变量偏振纠缠光的新装置。它包括一个光学参量振荡器与两个II型相位匹配的非线性晶体正交取向，与双折射元件可调线性耦合。本文从理论上研究了它的经典和量子性质。结果表明，可以发射出两束频率可调、偏振态清晰的光束。两光束的Stokes参量发生纠缠。这种设置的主要优点是可以直接产生偏振纠缠光，而不需要像当前实验设置中所需的那样在分束器上混合四种模式。该装置为光-物质界面的研究和多模非经典光和高维相空间的产生开辟了新的方向。
Generation and manipulation of squeezed states of light in optical networks for quantum communication and computation
我们分析了一种光纤元件，它可以在利用光的压缩态的新型信息处理系统中找到多种用途。我们的方法是基于孤子噪声的光子数压缩现象后，孤子已通过非线性光纤传输。讨论了该器件在量子计算和量子密码学光网络中的应用。
Tripartite GHZ state generation with trapped ion in an optical cavity
我们提出了一个利用囚禁离子同时与共振外激光场和红边带调谐量子化腔场相互作用，在单离子中产生最大纠缠三重GHZ态的方案.除了执行简单和操作时间短之外，GHZ状态生成是无约简的。Pacs：03.67.- a，42.50。p，03.67.Dd
Scheme for conditional generation of photon-added coherent state and optical entangled $W$ state
本文提出了一个简单的方案，仅用一组简并参量放大器和单光子探测器就可以产生任意附加光子的相干态。特别地，当通过以下方式观察到单光子附加相干态（SPACS）时，例如，Zavatta \emph{$et al.$}（Science 306，660（2004））的新技术，我们也获得了广义光学纠缠$W$态。最后，对方案中可能出现的损失进行了定性分析。
Positive operator valued measurements (POVMs) play an important role in efficient quantum communication and computation. While optical systems are one of the strongest candidates for long distance quantum communication and information processing, efficient methods to implement POVMs in these systems are scarce. Here we propose an all-optical scheme to implement an arbitrary POVM using linear optical components on m-dimensional Hilbert space of internal degrees of freedom. Linear optical nature of the proposed scheme makes it efficient and robust. We show how the scheme can be applied for state…
Entangling the optical frequency comb: simultaneous generation of multiple 2x2 and 2x3 continuous-variable cluster states in a single optical parametric oscillator
我们报告我们的研究工作，以产生大规模的多体光模纠缠使用尽可能少的物理资源。我们之前已经证明，在一个包含适当设计的二阶非线性光学介质的光学谐振腔中，最多可以获得O（N^2）场泵浦的团簇和GHZ型N-体连续变量纠缠。在本文中，我们表明，这样的谐振腔的频率梳可以纠缠成任意数量的独立的2x2和2x 3连续可变的集群状态由一个单一的光参量振荡器由几个光学模式泵浦。
Generation and Manipulation of Entanglement in Quantum Optical Systems
本文介绍了几种在量子光学系统中产生和操纵纠缠态的新方法。每一个评估方面的现实模型的不完美的装置的任何真正的实验室实施。论文的前半部分研究了腔QED中纠缠的产生，介绍了几种产生最大纠缠两量子比特态的方案。论文的后半部分主要研究了光脉冲纠缠态的控制。特别地，我们还介绍了高斯态的纠缠蒸馏过程。这结合了用于产生高度纠缠的非高斯态的Procrustean协议，以及“高斯化”过程，该过程允许从非高斯供应中提取更多高度纠缠的近似高斯态。
Entanglement generation via single-qubit rotations in a torn Hilbert space
本文提出仅用全局单比特旋转在撕裂希尔伯特空间中生成任意对称纠缠态的方法，通过AC Stark位移制造Dicke态间势垒，实现W态、自旋压缩态和GHZ态等高效制备。
Optical high harmonic generation in Dirac materials
本文研究了graphene中Coulomb杂质形成的一维和二维类氢原子在光学驱动下的高次谐波产生，通过求解含时Dirac方程计算其光谱特性，并提出了桌面式实验实现方案。
Generation of Hidden Optical-Polarization: Squeezing and Non-Classicality
研究了具有正交偏振光子的单色双模相干光在简并参量放大中的共线传输。隐藏光学偏振态的产生由隐藏光学偏振指数的非零值示出。通过对一个压缩函数的识别，证明了HOPS中的压缩现象。HOPS的非经典特性是通过“隐光偏振度”来观察的，它达到了“大于1”的非经典值。数值模拟了产生、压缩和非经典的动力学性质。
We propose quantum-mechanical model of a beam splitter with second-order nonlinearity and show that non-classical features such as squeezing and sub-Poissonian photon statistics of optical fields can be generated in output fundamental and second harmonic modes when we mix coherent light beams via such a nonlinear beam splitter.
Slow light enhanced correlated photon pair generation in photonic-crystal coupled-resonator optical waveguides
我们演示了硅光子晶体耦合谐振腔光波导中量子相关光子对的产生。利用高Q、小模体积的光子晶体腔的集体共振实现的慢光超模成功地提高了自发四波混频过程的效率。与无慢光效应的光子晶体线缺陷波导相比，光子对的产生率提高了两个数量级。
Minimal Hubbard models of maximal Hilbert space fragmentation
研究具有最近邻跳跃和硬核约束的Hubbard模型在任意维度晶格中的最大Hilbert空间碎片化，显式构造运动积分并揭示由冻结粒子导致的反常动力学，结果适用于偶极和Rydberg-dressed原子光学晶格。
Entanglement generation between unstable optically active qubits without photodetectors
我们提出了一个鲁棒的确定性方案，即使对于光学活性极差的量子比特，量子比特，也可以在不需要光电探测器的情况下以高保真度产生纠缠。我们的协议采用受激拉曼绝热通道的人口转移，而实际上没有激发系统。此外，它被发现是有效的，即使环境退相干率是相同的数量级的原子-光子耦合频率。我们的方案具有解决纠缠产生问题的潜力，例如，在分布式量子计算中。
Generation of entangled 3D localized quantum wave-packets via optical parametric amplification
在近轴和慢变包络近似的框架内，参照正常色散介质或真空，电磁场被给出为非色散和非衍射波包（即X波）的连续量子叠加。在光参量放大中，纠缠态是以（近似）相同速度传播的基元激发对。
In nonrelativistic quantum mechanics the spontaneous generation of singularities in smooth and finite wave functions, is a well understood phenomenon also occurring for free particles. We use the familiar analogy between the two-dimensional Schroedinger equation and the optical paraxial wave equation to define a new class of square-integrable paraxial optical fields which develop a spatial singularity in the focal point of a weakly-focusing thin lens. These fields are characterized by a single real parameter whose value determines the nature of the singularity. This novel field enhancement mec…
Coherent transfer of optical orbital angular momentum in multi-order Raman sideband generation
给出了利用光涡旋产生拉曼边带的实验结果。通过产生两组来自拉曼活性晶体中不同位置的边带，一组包含光学轨道角动量，另一组作为参考，对每个边带同时实现了杨氏双缝实验。利用两组边带之间的干涉来确定各阶的螺旋度和拓扑荷。拓扑电荷在所有订单被发现是离散的，并遵循级联拉曼过程预测的选择规则。
Generation of five phase-locked harmonics by implementing a divide-by-three optical frequency divider
本文报道了在高次谐波产生过程中，采用三分频光分频器产生频率比为1：2：3：4：5的f_1：2403 nm，f_2：1201 nm，f_3：801 nm，f_4：600 nm和f_5：480 nm五个锁相谐波。所有五个谐波都是同轴产生的，在时间和空间上具有高相位相干性，这适用于各种实际用途。
On the generation and identification of optical Schrödinger cats
我们讨论了产生和检测的可能性，通过层析重建的维格纳函数，两个相干态的宏观叠加。叠加态是利用探测光子纠缠到相干态的偏振的条件测量产生的。纠缠是通过在马赫-曾德尔干涉仪中插入克尔盒获得的。对GHZ态的产生也给出了一些提示。
Efficient generation of optical bottle beams
针对光学瓶束捕获应用，本文提出品质因数并结合优化算法，发现高斯光束照射硅超表面可实现比现有方案功率效率更高的光学瓶束光阱。
Many theories of quantum gravity, as string theory, loop quantum gravity, and doubly special relativity, predict the existence of a minimal length scale and outline the need to generalize the uncertainty principle. This generalized uncertainty principle relies on modified commutation relations that - if applied to the second quantization - imply an excess energy of the electromagnetic quanta with respect to $\hbar ω$. Here we show that this "dark energy of the photon" is amplified during nonlinear optical process. Therefore, if one accepts the minimal length scenario, one must expect to observ…
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