Preparation of arbitrary qutrit state based on biphotons
提出了一种新颖的三态光量子系统的实验实现方法。我们利用双光子的偏振态，在单频和空间模式下传播，产生任意量子。特别是生成并测试了扩展版BB84量子密钥分发协议中使用的特定状态序列。我们实验验证了12个基本态的正交性，并证明了它们之间的切换能力。层析过程被应用于重建生成态的密度矩阵。
2004-11-27 quant-ph
Entanglement of qutrits and ququarts
我们以一般形式研究了双光子量子态和量子态的纠缠，即在共线过程中形成的态，以及相应的简并和非简并自发参量下转换。光子的不可压缩性，并为quququarts，联合存在的频率和偏振纠缠被充分考虑。在qutrits的情况下，最一般的三参数家庭的最大纠缠和非纠缠态被发现，和反相关的纠缠度和偏振度的发生，并被描述为一个相当简单的公式。双光子quququarts被证明是双qudits与单光子希尔伯特空间维数$d=4$，这显着不同于他们经常使用的双qubit模型（$d=2$）。本文导出并讨论了双光子量子纠缠量子数的新表达式。对于qutrits和quququarts，描述了直接测量纠缠度的相当简单的程序。
2010-09-27 quant-ph
Simple and secure quantum key distribution with biphotons
最好的量子比特单向量子密钥分发（QKD）协议可以容忍高达14.1%的错误率。已经证明了如何通过使用更大的量子系统来提高这个速率。双光子的偏振态可以编码一个三能级量子系统--qutrit。利用双光子实现量子密钥分发系统在产生、操纵和检测这样的光子态方面遇到了一些问题。我们定义了这些限制，并在其中找到了一些协议，执行几乎以及理想的qutrit协议。一个优点是这些协议可以通过对现有单光子系统的微小修改来实现。在最一般的相干攻击下证明了一个协议的安全性，该协议的最大可接受错误率为17.7%左右。这是第一次，据我们所知，Qutrit QKD协议的安全性进行了严格的分析，对一般的攻击。
2008-02-13 quant-ph
Practical Realization of the Quantum Cryptography Protocol Exploiting Polarization Encoding in the Qutrits
我们提出并讨论了一个具体的方案，允许实现量子密码qutrit协议。该协议利用了单频和单空间模式双光子的偏振特性。
2003-05-20 quant-ph
Measurement of qutrits
提出了测量三能级系统中未知态--量子态的方法，量子态被实现为单模双光子场的任意偏振态。这个过程是针对量子纯态的集合完成的;这个集合是由极化Transformers完成的SU（2）变换的性质定义的。
2002-09-17 quant-ph
Characterization of coherent quantum frequency combs using electro-optic phase modulation
我们展示了一个相位相干双光子频率梳（BFC）的双光子干涉实验，通过连续的宽带光谱的双光子的光谱振幅滤波创建。通过使用电光相位调制器，我们将BFC线投影到频率重叠的边带中。由此产生的高可见度的干涉图案提供了一种方法来验证频率仓纠缠，即使与缓慢的单光子探测器，我们显示的干涉图案与vibrium超过量子比特和quutrit状态的经典阈值。此外，我们表明，与纠缠量子，双光子干涉发生，即使投影到不同的最终频率状态。最后，我们通过在不同的信号-空闲频偏下进行一系列二维实验来测量单模光纤的色散，展示了该方案用于弱光测量的多功能性。
2018-01-16 quant-ph
Biphoton engineering using modal spatial overlap on-chip
自发参量下转换产生的光子对是光量子信息处理中必不可少的，而双光子态的质量对光量子信息处理的性能至关重要。为了在芯片上设计双光子波函数（BWF），通常调整泵浦包络函数和相位匹配函数，而模场重叠被认为是感兴趣的频率范围内的常数。在这项工作中，通过利用耦合波导系统中的模式耦合，我们探索了模式场重叠作为一个新的自由度的双光子工程。我们提供了设计的例子，片上一代的偏振纠缠光子和预示着单光子，分别。这种方法可以应用于不同材料和结构的光波导，为光子量子态工程提供了新的可能性。
2022-10-29 physics.optics quant-ph
Engineering Biphoton Wave Packets with an Electromagnetically Induced Grating
在四能级双$Λ$冷原子系统中，利用电磁感应光栅对双光子波包进行整形。我们表明，诱导混合光栅在引导新的领域到不同的角位置，特别是零级衍射起着至关重要的作用。一些有趣的功能出现在成形的双光子波形。例如，在所提出的方案中，即使不使用腔，也可以加宽或缩小光谱。
2010-10-14 physics.optics quant-ph
Wave Function Engineering for Spectrally-Uncorrelated Biphotons in the Telecommunication Band based on a Machine-Learning Framework
不可分辨的单光子是从量子通信到光子量子计算的大量量子信息处理应用的关键成分。在宽光谱范围内产生不可区分的单光子的主流平台是基于通过非线性晶体中的自发参量下转换（SPDC）产生双光子。然而，SPDC双光子的纯度受到其光谱相关性的限制。在这里，我们提出了一个设计配方，机器学习框架的基础上，在很宽的光谱范围内的双光子联合光谱振幅的工程。通过定制KTiOPO $_4$（KTP）晶体的极化分布，我们用数值方法表明，在应用适度的8 nm滤光片后，在1310 nm、1550 nm和1600 nm波段可以分别实现99.22%、99.99%和99.82%的光谱纯度。因此，机器学习框架能够在整个电信波段上产生几乎不可区分的单光子，而无需求助于KTP晶体在1582 nm附近的群速度匹配波长窗口。
2019-04-26 physics.optics quant-ph
Biphoton state generation and engineering with bright hybrid III-V/Silicon photonic devices
本文提出一种异质集成III-V/SOI光子器件，将AlGaAs光子对源与SOI回路结合，通过多模倏逝耦合实现片上双光子态生成与工程化，生成速率超过10$^{6}$ s$^{-1}$mW$^{-1}$，符合-偶然符合比达600。
2025-11-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Time-resolved Hanbury Brown-Twiss interferometry of on-chip biphoton frequency combs using Vernier phase modulation
针对探测器抖动限制BFC时间相关函数测量精度的问题，提出基于游标电光相位调制的时间分辨HBT干涉方法，在集成微环上实现最高3×3维双qutrit的精细时间特征表征，与理论高度一致。
2022-10-11 quant-ph
Statistical Reconstruction of Qutrits
本文讨论了一个三能级光学系统-频率和空间简并双光子场的量子态的测量和再现过程。提出了一种基于似然方程的量子态的统计估计方法，并分析了所得估计的统计性质。利用估计量子态的求根方法，从测量的四阶矩中再现了初始双光子态矢量。所发展的应用于量子态重构的方法是基于互补过程的振幅。将经典的基于Fisher信息矩阵的统计估计算法推广到服从玻尔互补原理的量子系统。实验证明，双光子-量子态的重建保真度可达0.995-0.999或更高。
2004-04-23 physics.optics quant-ph
Testing Ultrafast Two-Photon Spectral Amplitudes via Optical Fibres
我们测试二维TPSA的双光子光发射通过超快自发参量下转换（SPDC）使用光纤中的群速度色散的影响。此外，我们应用这种技术来证明工程的双光子光谱特性，通过作用于泵浦脉冲的形状。
2010-01-19 quant-ph
Trade off-Free Entanglement Stabilization in a Superconducting Qutrit-Qubit System
量子库工程是一个强有力的框架，自主量子态制备和纠错。然而，油藏工程的传统方法受到目标状态不可避免的相干泄漏的阻碍，这在可实现的稳态保真度和稳定率之间施加了固有的权衡。在这项工作中，我们展示了一个协议，实现贸易关闭自由贝尔态稳定的qutrit-qubit系统上实现的电路QED平台。我们实现这一点，通过创建一个纯粹的耗散通道的人口转移到目标状态，介导的强参数相互作用耦合的第二个激发态的超导transmon和工程浴谐振器。我们的方案实现了84%的状态准备保真度与稳定时间常数为339 ns，导致最低的错误时间产品报告的固态量子信息平台的日期。
2021-08-13 quant-ph
Engineering biphoton spectral wavefunction in a silicon micro-ring resonator with split resonances
本研究在绝缘体上硅平台利用分裂谐振微环谐振腔，通过谐振组合选择和片上光场微分，实现了对双光子光谱波函数的独立控制，无需后处理即可生成可分离态和可控纠缠态，为量子信息处理和长距离量子密钥分发提供新途径。
2024-08-24 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Engineering of non-Hermitian interactions in digital qudit quantum simulators
University of Trento（特伦托大学）；INFN-TIFPA, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications（意大利国家核物理研究所-特伦托基础物理与应用研究所）
提出在数字qudit量子模拟器中通过混合幺正-投影演化设计非厄米哈密顿量，利用Zeno子空间实现有效非厄米两体相互作用，并通过数值模拟验证。
2026-06-29 quant-ph
Realisation of a Protected Cat-Qutrit Manifold via Engineered Quantum Tunnelling
DGIST（庆北科学技术院）；Tokyo University of Science（东京理科大学）；RIKEN（理化学研究所）；The University of Tokyo（东京大学）
本文通过工程三光子KPO实现保护的玻色子三态，展示了量子相干性和猫态形成，揭示了三光子KPO的基本量子特性。
2026-10-08 quant-ph
Two-photon Interference of Biphotons Emitted by Overlapping Resonances in Metasurfaces
本文开发了基于[110]取向GaAs的量子光学超表面，显著增强自发参量下转换效率，并首次观察到光谱域双光子干涉，为纠缠光子生成和光子量子技术提供多功能平台。
2025-01-21 physics.optics quant-ph
Two-dimensional Control of a Biphoton Joint Spectrum
本文提出一种组合方法，同时控制相位匹配函数和泵浦光谱两个自由度，实现对双光子联合光谱振幅的二维控制，生成多种光谱编码量子态，并利用光子聚束与反聚束反映相位匹配对称性。
2023-11-16 physics.optics quant-ph
Preparing Greenberger-Horne-Zeilinger Entangled Photon Fock States of Three Cavities Coupled by a Superconducting Flux Qutrit
提出了一种利用超导磁通量子阱耦合三腔体制备Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠光子Fock态的方法。该建议不需要在整个操作期间使用经典微波脉冲和测量。因此，大大简化了操作，并大大降低了电路工程的复杂性和成本。该方案具有较强的普适性，当三个腔与不同的三能级物理系统耦合时，如超导电荷量子阱、transmon量子阱或量子点，都可以产生三腔GHZ纠缠光子Fock态.
2013-07-09 cond-mat.supr-con quant-ph
Bayesian tomography of high-dimensional on-chip biphoton frequency combs with randomized measurements
由于集成双光子频率梳（BFC）的出现，频域量子信息处理因其固有的高维性和与光纤网络兼容的纠缠特性而受到越来越多的关注。然而，这种状态的量子态层析成像（QST）需要复杂且精确的有源混频操作工程，这是难以缩放的。为了解决这些限制，我们提出了一种新的解决方案，采用脉冲整形器和电光相位调制器（EOM）来执行随机操作，而不是以规定的方式混合。我们成功地验证了纠缠和重建全密度矩阵的BFC产生的片上Si $_{3}$ N $_{4}$微谐振器（MRR）在高达一个$8\times8$维二维量子希尔伯特空间，最高的维度频率箱。更一般地说，我们所采用的贝叶斯统计模型可以针对具有有限测量能力的各种量子系统进行定制，从而形成以最佳方式利用所有可用数据的机会断层扫描框架。
2022-01-24 physics.optics quant-ph
Engineering of Hong-Ou-Mandel interference with effective noise
Hong-Ou-Mandel效应是量子干涉术的核心，在量子信息处理领域有多种应用，而没有经典的对应物。尽管它的普及，只有少数作品已经考虑了偏振-频率干涉仪内的相互作用。在本文中，我们填补了这一空白。我们感兴趣的系统是一个一般的双光子偏振态，当光子通过双折射介质传播时，它通过与相同光子的频率态纠缠而经历有效的退相噪声。然后光子在分束器处相遇，在分束器处发生重合或聚束，之后偏振-频率相互作用在输出路径上继续。除了对符合概率和不同偏振态进行广泛的理论分析外，我们还概述了从构建Bell态到替代延迟选择量子擦除器的多种有趣的应用。
2021-10-06 quant-ph
High-Fidelity Qutrit Entangling Gates for Superconducting Circuits
本文针对超导transmon器件中高保真双qutrit纠缠的挑战，利用差分AC Stark位移实现了微波激活的动态cross-Kerr纠缠，并成功构建了保真度达97.3%和95.2%的qutrit CZ†与CZ门。
2023-06-30 cond-mat.supr-con quant-ph
Toolbox for continuous variable entanglement production and measurement using spontaneous parametric down conversion
我们提供了一个工具箱，连续变量量子态工程和横向泵浦配置中的自发参量下转换产生的双光子态的表征。研究表明，泵浦光入射光斑和角度的控制对应于双光子共轭集体连续变量的相空间位移。特别是，我们用半导体器件上的数值模拟说明了这种技术如何可以用于工程和表征频率和时间自由度的任意状态。
2015-06-19 physics.optics quant-ph
Autonomous Quantum State Transfer by Dissipation Engineering
从携带信息的量子比特到接收量子比特的量子态转移对于量子信息技术是普遍存在的。在封闭的量子系统中，这项任务需要精确定时控制本质上是相互作用的相干量子比特-量子比特相互作用。在这里，通过在开放系统中剪裁耗散来打破互易性，我们证明了在没有时间依赖控制的情况下，在静止量子比特之间自主转移量子态是可能的。我们提出了这种定向传输过程的一般要求，并表明，传输一个量子比特的信息的最小系统维数是3 $\times$ 2（一个物理qutrit和一个物理量子比特之间），加上一个辅助水库。我们提出了现实的实现在当今的超导电路QED实验，并进一步提出了兼容的方案，使用阻抗匹配耗散工程的长距离状态转移。
2019-10-23 quant-ph
Signatures of Environment-Induced Quantum Synchronization Transitions via Two-body Dissipator Engineering
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；State Key Laboratory of Quantum Information Technologies and Materials, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学量子信息技术与材料国家重点实验室）；The Chinese University of Hong Kong Shenzhen Research Institute（香港中文大学（深圳）研究院）
该研究通过双体耗散器工程在量子系统中实现了环境诱导的同步转变，并通过量子模拟观测了其特征。
2026-01-03 quant-ph
Engineering optical hybrid entanglement between discrete- and continuous-variable states
涉及离散和连续变量态的光的混合纠缠的产生和操纵最近已经成为实现异构量子网络的重要资源。本文研究了一种基于非局域先驱光子探测的类粒子和类波光学量子比特混合纠缠的远程产生方案。我们还扩展了这个计划与额外的本地或非本地检测。一个额外的本地预示允许所得到的状态表现出更高的保真度与目标纠缠量子比特，而双光子非本地预示检测提供了访问更高的维度在离散变量子空间，从而导致在混合纠缠量子比特的生成。所提出的方案的实施，结合正在进行的高保真量子态工程的工作，将提供新的非经典光源的光学混合架构的发展。
2019-07-11 quant-ph
Biphoton shaping with cascaded entangled-photon sources
量子纠缠是量子光学的重要组成部分，在计算、密码学和计量学等领域得到了广泛的应用。光子之间的纠缠可以存在于各种自由度（DOF）中，即使是最简单的二分系统也可以占据很大的希尔伯特空间。因此，希望通过在多个自由度中完全控制纠缠光子的性质来将这种多维空间用于各种量子应用。虽然目前的纠缠光子源能够在一个或多个自由度中产生纠缠，但目前缺乏可以在多个自由度中塑造和控制纠缠特性的实用技术。在这里，我们表明，级联两个或多个纠缠光子源之间的可调线性介质，使我们能够产生光子对，其纠缠特性可以定制和形状的频率和偏振域。我们首先建立了一个量子力学模型来研究级联结构产生的量子态，并特别考虑了泵浦时间相干性、线性色散和纠缠光子源之间的结构偏振变换的影响。然后，我们实验产生的光子对可调纠缠特性通过操纵的色散和双折射特性的线性介质放置在两个纠缠光子源之间。这是在一个全纤维，相位稳定，无干扰的配置。我们的研究结果表明，级联结构提供了很大的灵活性，在多个自由度的纠缠光子的属性调谐，开辟了一条新的途径，在工程量子光源。
2019-09-08 physics.optics quant-ph
Dynamical decoupling protection for three-level systems
本文针对三能级系统的退相干问题，构造物理可行的动力学解耦算符序列，并结合哈密顿量工程实现基于 qutrit 的量子门保护，从而有效提升量子门保真度。
2025-09-18 quant-ph
Tunable photon-mediated interactions between spin-1 systems
在腔QED或量子纳米光子设置中的量子光发射器之间的虚光子的交换引起它们之间的相互作用，这可以用于量子信息和模拟目的。到目前为止，这些相互作用主要是针对两能级发射体的，这限制了它们在量子比特之间的量子门工程或模拟自旋1/2量子多体模型中的应用。在这里，我们展示了如何利用多层次发射器与几个光学转换工程师的有效自旋1系统之间的光子介导的相互作用的广泛类别。我们通过分析和数值技术来表征它们的性能，并提供基于碱原子的原子级结构的具体实现。我们的结果扩展了量子模拟工具箱，可在这样的腔QED和量子纳米光子设置，并开辟了新的方式工程量子纠缠门之间。
2022-06-03 quant-ph
Quantum Pair Generation in Nonlinear Metasurfaces with Mixed and Pure Photon Polarizations
本研究在GaAs超表面中利用qBIC共振增强SPDC产生频率非简并双光子，通过偏振层析成像证明光子偏振反映qBIC远场特性，并可通过调控qBIC模式与超原子对称性实现单光子偏振控制，为可调偏振单光子预示产生提供途径。
2024-09-11 physics.optics quant-ph
Polarization engineering of entangled photons from a lithium niobate nonlinear metasurface
针对传统非线性晶体限制量子态可调谐性的问题，提出在300纳米铌酸锂薄膜上结合二氧化硅超构光栅的非线性超构表面，通过调控光栅取向实现双光子偏振态整形，并组合三个光栅生成任意偏振纠缠qutrit态，为微型化光控量子器件提供超薄光源。
2023-08-28 physics.optics quant-ph
How to use the dispersion in the $χ^{(3)}$ tensor for broadband generation of polarization-entangled photons
Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
本文通过钻石晶体中的自发四波混频过程，利用电子和振动贡献的量子干涉，实现了宽频带偏振纠缠光子对的生成，无需额外光学工程。
2024-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Optical precursors in waveguide quantum electrodynamics
本文从微观机制上证明，在波导量子电动力学中，仅用两个量子比特甚至单个qutrit即可在电磁感应透明条件下产生光学前驱波，为少量子比特色散工程奠定基础。
2023-04-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
