Engineering multiphoton states for linear optics computation
通过线性光学元件实现的变换允许仅在受限于多模Fock空间的单光子子空间时生成整个酉群。在本文中，我们解决了更普遍的问题，编码量子信息的多光子态，并详细阐述了它通过辅助扩展，线性光学无源器件和光电探测。我们的方案源于线性光学无源器件物理学基础的数学结构。特别是，我们分析了一个经济的过程，用于映射到任意的2-光子2-模式状态的基准2-光子2-模式状态使用辅助资源和线性光学无源N-端口辅助后选择。我们发现，增加一个辅助模式就足以产生任何所需的目标状态。在后选择不完美的光电探测的影响被认为是成功概率和保真度之间的一个简单的权衡。
2006-05-31 quant-ph
Photodetection probability in quantum systems with arbitrarily strong light-matter interaction
腔QED系统最近已经达到了一个政权的光-物质相互作用强度的裸子系统的共振频率的一个不可忽略的部分。在这种情况下，通常的腔光子算符的正态关联函数不能描述发射光子的速率和统计特性。根据Glauber的原始方法，我们推导出一个简单而通用的光电探测量子理论，适用于任意光-物质相互作用强度。我们的推导使用费米的黄金法则，以及在相互作用的光物质系统的本征基的系统运营商的扩展，到达正确的光电探测概率。我们考虑窄带和宽带光电探测器。我们的描述也是有效的点状探测器内放置的光学腔。作为一个应用，我们提出了一个gedanken实验确认虚拟性质的裸激发，丰富的基态的量子拉比模型。
2017-11-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
[Dissertation] Fundamental Limits to Single-Photon Detection
量子力学巩固了光的性质与光的探测之间的密切关系。从历史上看，光电探测的量子理论一般分为两类：第一类试图确定当检测到光电子时测量的是什么量子场，为光电探测奠定了理论基础。第二类是唯象理论，它们非常小心地对特定光电探测器的细节进行建模。在这篇论文中，我们填补了这两个模型之间的差距，在现代文献中的光电探测，通过构建一个完全量子力学和足够现实的模型，包括所有阶段的光电探测过程：传输，放大，和最后的经典测量。我们在量子信息理论的框架内使用正算子值测度（POVM）的语言来实现这一点。本论文包含以前发表在三篇论文的材料：Propp，Tz。B & van Enk，S. J.（2019年）。非线性放大：光子计数的量子极限改进。Optics Express 27，16，23454-23463。Propp，Tz. B & van Enk，S. J.（2019年）。单光子探测的量子网络。物理评论A，100，033836。Propp，Tz. B & van Enk，S. J.（2020）。如何投射到任意的单光子波包上。物理评论A，102，053707。
2022-10-08 quant-ph
Efficient and Continuous Microwave Photodetection in Hybrid Cavity-Semiconductor Nanowire Double Quantum Dot Diodes
单光子探测器是时间相关光子计数应用的关键[1]，并使大量新兴的光学量子信息技术成为可能[2]。到目前为止，光学领域中连续有效的单光子检测的主要方法是基于半导体光电二极管[3]。然而，在微波区域中缺乏有效和连续的单光子探测器，因为光子能量在其中低四到五个数量级，并且常规光电二极管不具有该灵敏度。在这里，我们解决这个差距，并演示如何巡回微波光子可以有效地和连续地转换为电流的高品质，半导体纳米线双量子点，是谐振耦合到一个腔。特别地，在我们的探测方案中，吸收的光子引起通过双点的单电子隧穿事件，转换效率达到6%。我们的研究结果为具有单次微波光子检测的光电二极管铺平了道路，理论上预测的单位效率[4]。
2022-01-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Analytic properties of cross-click operators in passive multi-basis photodetection: monotonicity, exact convergence rates, and dimension reduction for quantum key distribution
Independent researcher, Ningbo 315100, China
研究被动多基光探测中交叉点击算子，利用沉默算子与单光子收缩关系，得到单调性、收敛速率公式等成果，适用于多种光探测分析，还给出检测效率失配分析的光子数权重界。
2026-07-07 quant-ph
Post-processing with linear optics for improving the quality of single-photon sources
触发单光子源以不可忽略的概率产生真空态，但产生的多光子分量要小得多。因此，将这些光子源的输出近似为真空态和单光子态的混合是合理的。我们表明，这是不可能的，以增加一个单一的光子使用线性光学和光电探测少于四个模式的概率。这种不可能性是由于输入的不相干性;如果输入是纯态叠加，就有可能获得完美的单光子输出。在更一般的情况下，可以使用一系列分束器来增加单个光子的概率，但代价是增加额外的多光子组件。这种改进对检测器效率低下是鲁棒的，但由于输入中的暗计数或多光子分量而劣化。
2004-02-03 quant-ph
Photodetection of propagating quantum microwaves in circuit QED
我们开发的超材料的理论组成的离散量子吸收器阵列内的一维波导，实现了高效率的微波光子探测器。一个基本的设计包括几个亚稳态超导纳米电路内传播和耦合到一个一维波导中的电路QED设置。由于对光子激发的选择性吸收，{ \it传播}量子微波场的到达会引起吸收体内部能级布居的不可逆转的变化。这种设计是研究使用一个正式的，但简单的量子场论，这使我们能够评估单光子吸收效率为一个和多个吸收体设置。作为一个例子，我们考虑一个特定的设计，结合了共面同轴波导与超导相位量子比特，一个自然的，但不是唯一的操场实验实现。这项工作和一个可能的实验实现可能会刺激“全光”量子信息处理与传播量子微波的到来，其中微波光电探测器可以发挥关键作用。
2009-06-23 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Semiclassical Theory of Superresolution for Two Incoherent Optical Point Sources
使用半经典模型的光探测泊松噪声和见解从量子精密测量，我们证明了线性光学和光子计数可以最佳地估计两个非相干点源之间的分离，而无需考虑瑞利准则。该模型适用于弱热光源、荧光光源和激光光源。
2016-11-06 physics.optics quant-ph
Measurement-based generation of shaped single photons and coherent state superpositions in optical cavities
我们提出了相关的计划，以产生任意形状的单光子，即光子与任意的时间分布，和相干态叠加使用简单的光学元件。第一个系统由两个耦合腔组成，一个存储腔和一个快门腔，分别包含二阶光学非线性效应和电光调制器。快门腔的光检测事件输出预示着存储腔中单个光子的准备，可以通过在检测后立即用EOM改变快门腔的光学长度来存储该单个光子。可以通过调制EOM来实现具有任意成形的光子的按需读出。第二种方案由一个存储腔组成，该存储腔具有两个输出，这两个输出被干涉、相移和测量。通过对探测事件序列的后选择，可以产生非常接近相干态叠加的状态，更多的光子探测事件导致更大的叠加。我们还证明了“无知识反馈”可以很容易地实现在这个系统中，并用于保持叠加态，以及提供一个额外的控制机制，状态生成。
2017-01-10 quant-ph
Linear Optical Quantum Metrology with Single Photons: Exploiting Spontaneously Generated Entanglement to Beat the Shot-Noise Limit
量子数-路径纠缠是用于超灵敏量子精密测量的资源，并且特别地提供子散粒噪声或甚至海森堡限制的灵敏度。然而，这种数路纠缠被认为是资源密集型的，首先要创建-通常需要非常强的非线性，或具有前馈的非确定性准备方案，这是难以实现的。最近，从多光子步行者的量子随机行走的研究，以及与单光子输入馈入的无源线性光学干涉仪的计算复杂性的研究中，已经表明，这种无源线性光学器件产生了超指数大量的数量路径纠缠。一个合乎逻辑的问题是，这种纠缠是否可以用于量子精密测量。我们在这里回答这个问题是肯定的，表明一个简单的，被动的，线性光学干涉仪-美联储只有不相关的，单光子输入，再加上简单的，单模，不相交的光电探测-是能够显着击败散粒噪声限制。我们的结果意味着一条通往实用量子精密测量的途径。
2015-05-04 quant-ph
Sampling arbitrary photon-added or photon-subtracted squeezed states is in the same complexity class as boson sampling
玻色子采样是非通用线性光学量子计算的简单模型，使用的物理资源比通用方案少得多。包括真空和单光子状态的输入状态通过Haar随机线性光学网络馈送，并使用符合光电探测在输出处采样。这个问题被强烈认为是经典的难以模拟。我们表明，一个类似的程序实现了同样的问题，使用光子添加或减去压缩真空状态（任意压缩），在输出采样通过奇偶测量。这种等价性是精确的，并且与压缩参数无关，因此提供了与玻色子采样具有相同复杂性的一类光的新量子态。
2015-02-23 quant-ph
Painting Non-Classical States of Spin or Motion with Shaped Single Photons
我们提出了一个利用单光子产生自旋或运动宏观叠加态的方案。对光子的波包进行整形使得即使在存在光子损失的情况下也能够高保真地制备物质的非经典状态。光电探测预示着成功，使该计划能够在弱相干场的情况下实施。我们分析应用程序准备薛定谔猫态的集体原子自旋或耦合到光学谐振器的机械振荡器。该方法推广到准备任意叠加的相干态，使完全量子控制。我们说明了这种多功能性，显示如何准备迪克或福克国家，以及叠加在迪克或福克的基础。
2018-06-25 quant-ph
Improving the Fidelity of Optical Zeno Gates via Distillation
我们已经模拟了Franson等人（PRA 70，062302，2004）的芝诺效应控制符号门，并且表明高保真独立操作需要高的双光子与单光子吸收比$κ$。因此，我们转而使用此门进行集群状态融合，其中对$κ$的要求限制较少。借助部分离线的单光子和双光子蒸馏，我们可以实现具有单位保真度但非单位成功概率的融合门。我们的结论是，对于$κ> 2200$，Zeno融合门将执行等效的线性光学门。
2006-09-29 quant-ph
Photocounting statistics of superconducting nanowire single-photon detectors
超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是用于单光子计数的有效测量装置。它们的应用领域包括实验量子光学研究、光学量子计算、量子通信等。在这样的探测器记录了一个光子之后，下一个光子在死时间内不能被记录，并且在此之后，这种能力被平滑地恢复。我们将这一特性纳入光探测理论，并导出了相应的光计数公式。在连续波检测的制度，光计数统计非线性地依赖于密度算子由于先前的测量时间窗口的记忆效应。所考虑的例子证明了强烈的影响的松弛过程和记忆效应的SNSPD的光计数统计。
2022-06-23 physics.ins-det quant-ph
Improving noise threshold for optical quantum computing with the EPR photon source
研究表明，利用EPR型光子源可以显著提高光量子计算的噪声阈值。在该实现中，要求检测器效率$η_{d}$大于50%，并且源效率$η_{s}$可以是任意小的正数。该阈值与使用单光子源的实现相比是有利的，其中需要组合效率$η_{d}η_{s}>2/3$。我们讨论了实现所需EPR光子源的几种物理装置，包括单原子腔的光子发射器。
2009-12-08 quant-ph
Reply to "Comment on 'Measuring a Photonic Qubit without Destroying It'"
在我们的信中，我们提出了一个计划的非确定性量子非破坏（QND）测量的偏振的单光子-光子量子比特-使用线性光学和光电探测。该方案的工作与非单位概率，但成功预示着一个单一的光子在米输出的检测。我们提供了这个方案的实验演示，并介绍了三个普遍适用的保真度措施-测量保真度F_M，量子态制备保真度F_QSP，和QND保真度F_QND-来量化它的性能。Kok和Munro在他们的评论[quant-ph/0406120]中声称，我们的保真度度量之一F_M是不合适的，因为它依赖于符合测量。我们从根本和操作的角度说明了为什么这种说法是错误的。
2005-07-19 quant-ph
Improving Free-Space Continuous Variable Quantum Key Distribution with Adaptive Optics
针对自由空间连续变量量子密钥分发受湍流影响导致干涉可见度降低的问题，提出在接收端引入自适应光学校正波前像差，实验证明该方法提高了可见度并增加了正密钥率，提升了系统性能。
2025-09-15 quant-ph
Velocity-Controlled Directional Readout of Single Photons
Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Méditerranée, Institut Fresnel（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、地中海中央学院、菲涅尔研究所）
该研究探讨了电Glauber探测器在匀速运动下对两个反向传播单光子模式的单点击POVM的影响，展示了运动多普勒效应如何改变探测器框架中的替代选项，并通过有限带宽将传播方向转化为检测偏置，从而实现方向敏感的读出。
2026-05-20 gr-qc quant-ph
