Estimating the photon-number distribution of photonic channels with realistic devices and applications in photonic quantum information processing
在量子信息处理的许多应用中，表征未知光量子信道的输入-输出光子数分布是一项重要的任务。理想情况下，这将需要确定性光子数源和光子数分辨探测器，但这些技术仍在进行中。在这项工作中，我们提出了一个通用的方法来严格约束的输入输出光子数分布的一个未知的光通道使用标准的光学设备，如相干光源和非光子数分辨探测器/零差探测器。为了证明我们的方法的广泛实用性，我们考虑的安全性分析的实际量子密钥分发系统的基础上校准的单光子探测器和实验建议，实现时间相关的单光子计数技术，使用零差探测器，而不是单光子探测器。
2021-09-11 quant-ph
Quantum-memory-assisted multi-photon generation for efficient quantum information processing
在过去的二十年里，许多量子光学实验已经证明了小规模的量子信息处理应用与几个光子。除了这种原理证明的演示之外，有效地制备大量但确定数量的光子对于进一步扩大和加速光子量子信息处理是非常重要的。基于非线性参量过程的典型单光子产生技术面临着概率产生的挑战。在这里，我们证明了有效的同步光子从多个非线性参数预示单光子源（HSPS），使用量子存储器（QM）。我们的低损耗光学存储器极大地提高了（~ 30倍）来自两个独立HSPS的符合光子的产生速率，同时保持同步光子的高不可分辨性（95.7%）。作为一个应用，我们进行了第一次演示的基于HSP的测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）。这里展示的同步HSPS将为高效的量子通信和更大规模的光学量子计算铺平道路。
2017-05-01 quant-ph
Efficiency limits for linear optical processing of single photons and single-rail qubits
我们分析了通过线性光学处理和破坏性条件测量来提高单光子源或单轨光子量子比特效率的问题。与以前的工作相比，我们允许使用相干态，不限于光子计数测量。我们猜想，这是不可能的，以提高效率，证明了这一猜想的几个重要的特殊情况下，并提供了广泛的数值结果的一般情况。
2006-05-03 quant-ph
Fiber based source of photon pairs at telecom band with high temporal coherence and brightness for quantum information processing
用4ps的脉冲训练序列泵浦300 m色散位移光纤，在1550 nm通信波段实现了明亮的相关光子对脉冲光源。我们通过测量单个信号光子的二阶强度关联函数$g^{(2)}$来研究光源的相干特性。初步的Hong-Ou-Mandel型双光子干涉实验证实了这种光源的高时空相干性。该光源适用于量子信息处理中所需的独立光源的多光子量子干涉。
2008-01-02 quant-ph
Processing multi-photon state through operation on single photon: methods and applications
多光子态在量子信息技术中有着广泛的应用。利用本文提出的方法，可以将多个单光子量子比特乘积形式的多光子态的结构映射到一个单光子量子比特上，这个单光子量子比特也可以与其他光子形成可分离的乘积。这使得以处理单光子态的方式来处理这样的多光子态成为可能。未知量子比特鉴别的光学实现[B.他，J.A. Bergou和Y.- H. Ren，Phys.Rev.A76，032301（2007）]的方法进行了简化。另一个应用是量子逻辑门的构造，其中也需要逆变换回到输入状态空间。我们特别指出，修改后的设置来实现的转换可以实现确定性的多控制门（包括Toffoli门）直接操作的产品的单光子量子比特。
2009-10-12 quant-ph
Quantum information processing with a single photon by input-output process regarding low-Q cavities
腔QED和光子都是量子信息处理的理想候选者。基于腔的输入-输出过程，我们考虑了两种候选者的组合，其中单个光子通过空间上分离的腔来纠缠原子量子比特。本文给出了在宽参数范围内，低Q腔中单原子的输入-输出过程的一般表达式。针对低Q腔的情况，提出了与高Q腔和强耦合腔不同的单光子法拉第旋转量子信息处理方案.
2009-02-09 quant-ph
Synchronization of optical photons for quantum information processing
光子量子比特量子信息处理的一个基本要素是两个光子通过HOM效应聚束在一起时的非经典量子干涉。最终，许多这样的纯光子必须在复杂的干涉测量网络中进行处理，为此，必须同步飞行光子的到达时间，以保持其纯度。在这里，我们第一次证明了HOM干涉的两个预示，纯光子同步通过两个独立的量子存储器。控制存储时间高达1.8微秒，每秒约90个事件，实现了纯度足够高的负维格纳函数与零差测量确认。
2015-09-15 quant-ph
Highly Efficient Processing Multi-photon States
如何实现多量子比特门是量子信息处理中的一个重要问题。基于交叉相位调制，我们提出了一种方法来实现一个家庭的多量子比特门，确定性地操作单光子作为量子比特。一般的$n$ -量子比特酉操作是这些门的典型示例。该方法大大放宽了对辅助光子和相干光束等资源的要求，以及对量子比特的操作次数的要求。该框架的改进将有助于大规模量子信息处理。
2015-07-19 quant-ph
Photon engineering for quantum information processing
我们研究区分信息的背景下，涉及一个以上的参量下转换（PDC）源的量子干涉和偏振纠缠光子对的PDC的基础上的背景下。我们达到了双光子源的具体设计标准，以便当用作复杂光学系统的一部分时，例如基于光子的量子信息处理方案，消除光子之间的区分信息，保证高可见度干涉。我们提出了实用的技术，导致适当的工程双光子状态，可以现实地实现与现有的技术。最后，我们研究了一个具有PDC源的非线性符号移位（NS）逻辑门的实现，并展示了区分信息对门性能的影响。
2003-05-30 quant-ph
Prospects for using integrated atom-photon junctions for quantum information processing
我们研究使用集成的，微制造的光子原子结的量子信息处理应用。在不需要腔增强的情况下，利用显微光学增强了原子与光的耦合。量子比特被集体编码在光学捕获原子的小集合的超精细状态中，通过Rydberg封锁机制耦合，似乎是一个特别有前途的实现。快速和高保真的门操作，高效的读出，长相干时间和大量的量子位都是可能的。
2011-05-04 quant-ph
Photonic quantum information processing: a review
光子量子技术代表了一个有前途的平台，从长距离通信到复杂现象的模拟。事实上，单光子所提供的优势确实使它们成为在各种领域以多功能方法携带量子信息的候选者。此外，最近的技术进步现在使光子量子信息处理的第一个具体应用成为可能。这份手稿的目的是为读者提供一个全面的审查，在这个活跃的领域的最先进的，与理论，实验和技术成果之间的适当平衡。如果方便的话，我们将以表格或示意图的形式介绍重要的成就，以便从全局的角度来介绍光子量子信息的几个领域。
2018-03-23 quant-ph
Quantum information processing with single photons and atomic ensembles in microwave coplanar waveguide resonators
我们表明，光激发到里德伯态的原子对可以通过有效的长程偶极-偶极或范德华相互作用相互强烈相互作用，介导的非共振耦合到超导共面波导腔的公共微波场模式。这些腔介导的相互作用可以用于产生单光子，并在可扩展的配置中实现在电磁感应透明的机制中以原子系综传播或存储的单光子脉冲对之间的通用相位门。
2008-02-15 quant-ph
On-chip quantum information processing with distinguishable photons
多光子干涉是光子量子技术的核心。集成腔阵列可以支持具有高纯度和小占地面积的单光子的明亮源，但是从不相同腔产生的光子之间不可避免的光谱可分辨性是缩放的障碍。原则上，这个问题可以通过测量具有高时间分辨率的光子来缓解，这通过时间-能量不确定性关系来消除光谱信息。在这里，我们实验证明，检测可以实现与时间分辨率足以干涉光子失谐的规模上所需的基于腔的集成光子源。通过将系统的有效定时分辨率从200 ps增加到20 ps，我们观察到来自失谐6.8GHz的集成微环谐振器源的独立光子之间的量子干涉的可见性增加了20%。我们继续展示如何时间分辨检测非理想光子可以用来提高纠缠操作的保真度，并减轻玻色子采样实验中的计算复杂性的降低。这些结果为在不需要主动对准的情况下利用多光子源进行光子量子信息处理铺平了道路。
2022-10-18 quant-ph
Single photon sources: ubiquitous tools in quantum information processing
量子技术是信息技术、计算、通信安全、传感和计量学的下一次重大革命。当您从事光学工作时，您会使用什么来探索所有这些迷人的应用？当然是光子。在这篇综述中，我们讨论了不同的可用单光子源技术，比较和对比它们的适用性和性能，讨论最先进的技术，并得出结论，未来确实是光明的！
2019-06-23 quant-ph
High Efficiency Photon Number Detection for Quantum Information Processing
可见光光子计数器（VLPC）具有高量子效率和低脉冲高度色散的特点。这些特性使其成为有效光子数态探测的理想选择。执行有效光子数态检测的能力在许多量子信息处理应用中是重要的，包括最近提出的利用线性光学元件执行量子计算的建议。在本文中，我们调查的VLPC的独特功能。探测器和低温系统的效率在543 nm波长处被测量为85%。然后使用皮秒脉冲激光器以具有范围从3-5的平均光子数的脉冲来激发检测器。VLPC的输出被用来区分脉冲中的光子数。由于倍增噪声的积累，数态鉴别的误差概率是光子数的增函数。这对VLPC进行数字状态检测的能力施加了最终限制。对于许多应用，区分1个和多于一个探测到的光子就足够了。VLPC可以以99%的准确度做到这一点。
2003-08-10 quant-ph
Large-scale silicon quantum photonics implementing arbitrary two-qubit processing
集成光学是为实现光子量子信息的精细控制而提出的一种工程解决方案。在这里，我们使用硅光子学和量子算符的线性组合方案来实现一个完全可编程的双量子比特量子处理器。该器件是用现成的CMOS工艺制造的，包括四个非线性光子源，四个滤波器，八十二个分束器和五十八个可单独寻址的移相器。为了证明性能，我们对该设备进行了编程，以实现98种不同的两量子比特酉操作（平均量子过程保真度为93.2 $\pm$ 4.5%），两量子比特量子近似优化算法和Szegedy定向量子行走的有效模拟。这促进了硅光子学的线性组合架构在未来光子量子处理器中的进一步使用。
2018-09-26 quant-ph
Quantum processing photonic states in optical lattices
光子态到原子系综的集体激发的映射是一种强有力的工具，在实现量子存储器和量子中继器方面有着重要的应用。在这项工作中，我们表明，冷原子在光晶格可以用来执行纠缠幺正操作的转移原子激发。在释放量子原子态后，我们的协议导致光子的确定性双量子比特门。所提出的方案是可行的，目前的实验技术和强大的对占主导地位的噪声源。
2007-01-31 quant-ph
Decoherence-Free Quantum Information Processing with Four-Photon Entangled States
无退相干态保护量子信息免受集体噪声的影响，集体噪声是当前量子通信和计算实现中退相干的主要原因。在这里，我们证明了自发参量下转换可以用来产生四光子态，使一个量子比特的编码在一个消相干的子空间。通过对编码后的量子比特进行量子态层析成像，验证了该方法的抗噪声能力。我们表明，特定状态的编码量子比特可以区分本地测量的四个光子。
2004-06-02 quant-ph
Deterministic multi-mode photonic device for quantum information processing
我们提出了一种光源的实现，它可以确定性地产生丰富多样的多模量子态。所需的状态被编码在原子系综的不同基态超精细态的集体布居中，并通过激发到光激发能级，然后通过合作自发发射转换为多模光子态。在我们的应用程序的例子中，我们演示了如何双光子纠缠态可以制备和实施的协议中的参考系自由量子密钥分发和如何一维以及更高的维集群状态可以产生。
2010-03-17 quant-ph
Frequency-encoded photonic qubits for scalable quantum information processing
大规模量子计算的目标之一是量子互连：一种使用光子来连接否则无法相互作用的量子位的设备。然而，目前的方法需要光子在频率上不可区分-对于经历不同局部环境或完全不同物理组成的系统来说，这是一个重大挑战。在这里，我们开发了一个全新的平台，实际上利用这种频率失配来处理量子信息。被称为“光谱线性光量子计算”（光谱LOQC），我们的协议提供了良好的线性缩放的光资源，并享有前所未有的并行度，作为一个任意的$N$ -量子比特量子门可以在多个$N$-量子比特集在同一线性光学设备并行执行。光谱LOQC不仅为光学互连提供了新的潜力;它还将无处不在的高速纤维光学技术应用于光子量子信息，使波长可配置且鲁棒的光量子系统触手可及。
2016-12-09 quant-ph
Entangled coherent states versus entangled photon pairs for practical quantum information processing
我们比较了退相干和检测效率对纠缠相干态（ECS）和纠缠光子对（EPP）的影响，这两者都是已知的是特别有用的量子信息处理（QIP）。当光子损耗引起的退相干效应较强时，作为量子信道进行隐形传态，ECS的成功率和成功率都优于EPP。另一方面，当使用低效率的检测器时，使用ECS的隐形传态方案遭受未检测到的错误，导致保真度的下降，而这不是使用EPP的隐形传态方案的情况。我们的研究揭示了两种纠缠态在现实条件下实现量子干涉等离子体物理过程中的优缺点。
2010-12-06 quant-ph
Implementing quantum information processing with atoms, ions and photons
2003年雷苏士暑期学校量子纠缠与资讯处理课程讲义，以P. Zoller，J.I.出版。段路明，Cirac，J. J. Garcia-Ripoll，“量子纠缠与信息处理”，Les Houches暑期学校学报，第79期，D. Est{è}ve，J.M. Raimond and J. Dalibard（Elsevier，Amsterdam，2004）.这是一个更新，但缩短版本的J。西拉克湖M. Duan和P. Zoller，“量子信息处理的量子光学实现”，国际物理学院“Enrico Fermi”学报，课程CXLVIII，第263页，F. Di Martini和C. Monroe（IOS Press，Amsterdam，2002）.
2004-05-05 quant-ph
Recirculating Quantum Photonic Networks for Fast Deterministic Quantum Information Processing
DTU Electro, Technical University of Denmark（丹麦技术大学电气工程系）；NanoPhoton - Center for Nanophotonics, Technical University of Denmark（丹麦技术大学纳米光子学中心）；Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电气工程和计算机科学系）
提出循环量子光子网络架构，通过最小化处理时间降低对非线性相互作用速率的要求，实现多量子比特门和量子纠错的加速，提升硬件效率。
2026-06-11 quant-ph
Nearly Deterministic Bell Measurement for Multiphoton Qubits and Its Application to Quantum Information Processing
我们提出了一个Bell测量方案，利用一个逻辑量子比特与任意数量的光子在Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠中进行测量.值得注意的是，贝尔测量以及GHZ纠缠的隐形传态的成功概率可以任意高，仅使用线性光学元件和光子开关测量，随着光子数量的增加。我们的方案优于以前的建议，使用单光子量子比特时，比较成功的概率方面的平均光子使用。它具有实验可行性的另一个重要优点是它不需要光子数分辨测量。我们的方案为全光量子信息处理提供了一种新的选择。
2015-02-26 quant-ph
Generating superposition of up-to three photons for continuous variable quantum information processing
我们发展了一个以连续波雷射为基础，产生任意光子数态叠加的实验方案。在这个实验中，我们成功地产生了零到三个光子的叠加态，即两个和三个相干态叠加的高级版本。它们与已发展的量子隐形传态和基于测量的连续激光量子操作完全兼容。由于实现了高的检测效率，我们观察到，没有任何损失校正，多个区域的负维格纳函数，这证实了强烈的非经典性质的产生的状态。
2013-03-06 quant-ph
Telecom-Band Entanglement Generation for Chipscale Quantum Processing
我们证明了在纳米尺度的绝缘体上硅（SOI）波导中通过克尔非线性产生的非简并和简并光子对的偏振纠缠。我们采用一种紧凑的对向传播结构来产生双光子偏振纠缠态，|H>| H> +| V>| V>.我们观察到的双光子干涉的可见度> 91%和> 80%的非简并和简并光子对，分别。实验结构可以在光学芯片上实现，作为未来量子计算机和通信应用的纠缠光子的集成源。
2008-01-17 quant-ph
Photonic architecture for scalable quantum information processing in NV-diamond
物理学和信息是紧密相连的，最终的信息处理设备将是那些利用量子力学原理的设备。许多物理系统已被确定为量子信息处理的候选者，但它们中没有一个是免于错误的。挑战仍然是找到一条从今天的实验到可靠和可扩展的量子计算机的道路。在这里，我们开发了一个架构的基础上，一个简单的模块，包括一个光学腔含有一个带负电荷的氮空位中心的钻石。模块通过在光纤网络中传播的光子连接，并共同用于生成拓扑簇状态，这是用于量子信息处理的鲁棒衬底。原则上，架构中的所有过程都可以是确定性的，但当前的限制导致过程是概率性的，但预示着。我们发现，该架构使大规模的量子信息处理与现有技术。
2013-09-17 quant-ph
Low-Loss Polarization-Maintaining Optical Router for Photonic Quantum Information Processing
本文提出并实验验证一种嵌入 Mach-Zehnder 干涉仪的保偏电光单光子路由器，实现低损耗、高速切换和高偏振保真度。
2024-04-06 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
Photonic quantum information processing using the frequency continuous-variable of single photons
本文利用频率与正交分量的数学类比，将Hong-Ou-Mandel效应推广至频率域，提出基于频率工程化双光子态的干涉策略以实现随模式数反比缩放的相位精度增强，并推广了高斯玻色子采样模型。
2025-02-28 quant-ph
Photonic quantum information processing: a concise review
光子一直是研究量子力学、推进量子信息科学和开发量子技术的旗舰系统。量子纠缠、隐形传态、量子密钥分发和早期的量子计算演示都是在这一技术中开创的，因为光子代表了一种自然移动和低噪声的系统，量子限制检测很容易获得。使用干涉测量法，可以非常精确地操纵单个光子的量子态，干涉测量法是自19世纪以来一直在持续发展的实验主食。光子量子计算设备和协议实现的复杂性随着底层技术和理论方案的不断发展而不断提高。今天，光子量子计算代表了一条通往中、大规模处理的令人兴奋的道路。它承诺将其由于效率低下的双量子位门而需要过多资源开销的声誉抛在一边。相反，产生大量光子的能力--以及集成平台、改进的光源和探测器、新的噪声容忍理论方法等的发展--巩固了它作为量子信息处理和量子网络的领先竞争者。我们简要的评论提供了一个天桥的一些关键方面的领域，重点是实验。除了是一个简短而易于理解的介绍外，它还引用了许多深入的文章和较长的专家评论，作为该领域更深入研究的起点。
2019-12-11 quant-ph
Scalable quantum information processing with atomic ensembles and flying photons
提出了一种基于原子系综和飞行光子的可扩展量子信息处理方案。使用里德伯封锁，我们在集体原子态中编码量子比特，与单原子情况相比，由于增强的相互作用，集体原子态可以快速容易地操纵。我们证明，我们提出的门可以应用于生成二维团簇态的测量为基础的量子计算。此外，原子系综还可以作为量子中继器，用于长距离量子态传输。我们证明了我们的方案在坏腔或弱耦合区工作的可能性，这可以大大放宽实验要求。对系综量子比特的有效相干操作使我们的方案能够在量子计算和使用原子系综的量子通信之间切换。
2009-10-04 quant-ph
Quantum Information Processing with Single Photons
光子由于其易于分布和长寿命而成为量子信息的天然载体。本论文主要研究单光子量子信息处理的相关问题。首先，我们证明了N-光子纠缠产生通过广义N × N对称分束器被称为贝尔多端口。利用该方法可以产生各种各样的四光子纠缠态和N光子W态，并且成功的几率随着N的增加而非单调递减。我们还展示了如何使用相同的设置来产生多原子纠缠。多端口的进一步研究还导致我们的洪-欧-曼德尔浸持有的所有贝尔多端口的偶数个输入端口的多粒子概括。接下来，我们展示了一个广义线性光学的光子滤波器，具有恒定的成功概率，无论涉及的光子数。该滤波器具有最高的成功概率，并且具有干涉稳健性。最后，我们展示了如何重复直到成功的量子计算可以执行两个遥远的节点与单位的成功概率，仅使用线性光学资源。我们进一步表明，使用不同的光子源，鲁棒性仍然可以实现，说明基于测量的量子计算的性质和优势。直接应用到相同的设置自然导致任意多光子状态生成的需求。最后，我们演示了如何偏振纠缠的光子可以检测到从发射的两个原子在杨氏双缝型实验没有线性光学，导致两个原子也最大限度地纠缠。
2005-09-22 quant-ph
Exploring a new regime for processing optical qubits: squeezing and unsqueezing single photons
我们实现了压缩操作作为一个真正的量子门，确定性和可逆的作用“在线”的输入状态后，不再局限于一组高斯状态。更具体地说，通过应用一个有效的和强大的压缩操作的第一次非高斯态，我们证明了一个粒子状的单光子态和相干态的波状叠加之间的双向转换。我们的压缩门是足够可靠的，以保持相应的维格纳函数的负性。这个演示代表了混合离散和连续量子协议的重要和必要的一步。
2014-08-19 quant-ph
Uniting Quantum Processing Nodes of Cavity-coupled Ions with Rare-earth Quantum Repeaters Using Single-photon Pulse Shaping Based on Atomic Frequency Comb
本文提出利用基于原子频率梳的单光子脉冲成型技术，解决腔耦合离子与稀土量子中继器间的时间匹配问题，实现量子节点的高效连接。
2025-01-30 quant-ph
Optimal data processing for quantum measurements
我们考虑一般的测量方案，其中的整体平均的运营商是通过适当的数据处理的结果所描述的POVM的量子测量确定。我们确定的最佳处理，最大限度地减少估计的统计误差。
2006-10-10 quant-ph
A Versatile Source of Single Photons for Quantum Information Processing
单光子的量子态是量子物理学最基本、最有趣的表现形式之一。同时，单光子和单光子对是基于线性光学的量子计算和量子中继器基础设施领域中的重要构件。这些领域拥有巨大的潜力，在开发单个组件方面取得了许多科学和技术进步，例如使用各种物理实现的量子存储器和光子源。然而，进一步的进展受到这些不同组成部分之间缺乏兼容性的影响。最终，人们的目标是单光子和光子对的多功能源，以克服这种不兼容的障碍。这种光子源应允许调谐光谱特性（宽波长范围和窄带宽）以解决不同的实现方式，同时保持高效率。此外，它应该能够桥接不同的波长范围以使实现兼容。在这里，我们介绍并实验演示了这种基于回音壁谐振器物理学的多功能单光子和光子对源。一个圆盘形的，单片的和本质上稳定的谐振器是由锂碳酸盐制成的，并支持一个腔辅助的三倍频谐振自发参量下转换过程。测量结果表明，光子对有效地产生在两个高度可调谐的谐振腔模式。我们验证波长调谐超过100 nm之间的两种模式与7.2和13 MHz之间的可控带宽。单光子的预示产生与$g^{(2)}(0) < 0.2$的反聚束。这种紧凑的源提供了前所未有的可能性，耦合到不同的物理量子系统，并使其成为量子中继器和光学量子信息处理的理想实现。
2012-11-14 quant-ph
A 12-mode Universal Photonic Processor for Quantum Information Processing
光子处理器对于使用光的量子和经典信息处理任务都是关键的。特别是，线性光学量子信息处理需要大规模和低损耗的可编程光子处理器。在本文中，我们报告了迄今为止最大的通用量子光子处理器的演示：一个低损耗，12模完全可调谐的线性干涉仪与全耦合的化学计量氮化硅波导的基础上。
2020-12-10 physics.optics quant-ph
Effect of frequency mismatched photons in quantum information processing
许多有希望的量子信息处理方案都依赖于少光子干涉效应。在这些建议中，光子被视为不可区分的粒子。然而，单光子源通常在设备与设备之间发生变化。因此，从不同来源发射的光子不会完全相同，它们的频率会有一些变化。在这里，我们分析这种频率失配对QIP方案的影响。作为例子，我们考虑了Barrett和Kok提出的分布式QIP协议，以及位于量子计算的许多线性光学方案的核心的Hong-Ou-Mandel干涉。在分布式量子IP协议中，我们发现纠缠量子比特态的保真度与单光子探测器的时间分辨率密切相关。特别是，当假设理想的检测器模型时，保真度没有降低，而当使用具有有限响应时间的现实检测器时，可能会遇到降低的保真度。我们在Hong-Ou-Mandel干涉的情况下获得了类似的结果-使用完美的探测器，可以看到量子干涉的修改版本，并且干涉图案的可见性随着探测器时间分辨率的降低而降低。我们的研究结果表明，由于频率失配的问题可以克服，提供足够快的检测器。
2008-07-04 quant-ph
Optomechanical quantum information processing with photons and phonons
我们描述了如何在多模光学机械系统中的强共振相互作用可以用来诱导单光子和声子之间的受控非线性耦合。结合光子和声子之间的线性映射方案，这些技术为各种经典和量子信息处理应用提供了通用的构建块。我们的方法特别适合于纳米光学机械设备，其中在单光子水平上的强光学机械相互作用在实验范围内。
2012-07-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Noisy pre-processing facilitating a photonic realisation of device-independent quantum key distribution
设备无关的量子密钥分发即使在用于在量子信道上通信的设备在很大程度上未被表征时也提供安全性。然而，设备无关的量子密钥分发的实验演示是具有挑战性的。光子实现中的中心障碍是全局检测效率，即，通过量子信道发送的信号被成功接收的概率必须高于某个阈值。我们在这里提出了一种方法，大大放宽这个阈值，同时保持可证明的设备无关的安全性。这是通过向初始测量数据（原始密钥）添加对手无法知道或控制的人工噪声的协议来实现的。聚焦于一个现实的光子设置使用的源的基础上自发参量下转换，我们给出了明确的界限所需的最小全球检测效率。
2020-05-26 quant-ph
Decoy-state optical quantum information processing with coherent states
Nara Institute of Science and Technology（奈良先端科学技术大学院大学）；University of Calgary（卡尔加里大学）；University of Hong Kong（香港大学）
本文提出一种基于相干态和阈值探测器、结合线性回归诱饵态后处理的方法，以模拟单光子源和PNR探测器，显著提升精度并减少探针资源，适用于酉及非酉量子信道，可支持多种量子信息处理应用。
2026-10-06 quant-ph
Optimal Photon Generation from Spontaneous Raman Processes in Cold Atoms
在过去的十年中，冷原子中的自发拉曼过程被广泛用于产生单光子。在这里，我们提出了一种方法来优化它们的效率为给定的原子相干性和光学深度。我们给出了一个简单而完整的配方，可用于当今的实验，实现接近最佳的单光子发射，同时保持光子纯度。
2017-07-11 quant-ph
Four-Photon Quantum Interferometry at a Telecom Wavelength
我们报道了利用远距离通信波长的光子进行四光子量子干涉的实验演示。实现多光子量子干涉是实现线性光学量子信息处理和基于测量的量子计算的关键。我们已经开发了一种源，有效地发射光子对在一个纯粹的spectrotemporal模式在电信波长区域，并已证明了量子干涉表现出减少条纹的间隔，对应于减少德布罗意波长的四光子“NOON”状态。我们的研究结果将为利用电信波长的光子进行实际的量子信息处理开辟一条道路。
2011-12-09 quant-ph
Quantum hyperentanglement and its applications in quantum information processing
超纠缠是指量子系统中多个自由度（如光子的偏振、空间模、轨道角动量、时间仓和频率自由度）的纠缠，它以其高容量的特性在量子信息处理中有着广阔的应用前景。近年来，由于多自由度的超纠缠可以在量子信息处理中充分地携带信息，因而受到了广泛的关注。本文综述了光子系统中超纠缠的研究进展及其在量子信息处理中的一些重要应用，包括超纠缠的产生、完全超纠缠Bell态的分析、超纠缠的浓缩以及大容量长距离量子通信中的超纠缠纯化。提出了一种超受控非门的超并行光子量子计算方案，该方案可以同时对偏振和空间模自由度进行两次受控非门操作，降低了资源消耗和光子耗散。
2017-01-01 quant-ph
Photonic entanglement as a resource in quantum computation and quantum communication
纠缠态是当前量子信息处理实验中不可缺少的资源。我们回顾了一类利用光子纠缠的实验，从单向量子计算量子通信复杂性到长距离量子通信。然后，我们提出了一套可行的实验，将强调光子纠缠的优势，量子信息处理。
2008-03-31 quant-ph
Full analysis of multi-photon pair effects in spontaneous parametric down conversion based photonic quantum information processing
在基于自发参量下变频（SPDC）的量子信息处理（QIP）实验中，在限制协议速率的重合计数率（即SPDC的泵浦功率）与限制协议质量的量子干涉的可见性之间存在折衷。这种折衷主要是由来自SPDCs的多光子对发射引起的。在理论上，问题是如何在不截断这些多光子发射的情况下对实验进行建模，同时包括实际的缺陷。在本文中，我们建立了一种方法，从理论上模拟SPDC基QIPs，充分考虑了多光子发射的影响和各种实际的缺陷。在我们的方法中的关键成分是已用于连续变量QIPs的特征函数形式主义的应用。我们将我们的方法应用到三个例子中，Hong-Ou-Mandel干涉和Einstein-Podolsky-Rosen干涉实验，以及级联纠缠交换协议。对于前两个例子，我们表明，我们的理论结果与最近的实验结果定量一致。同时给出了在多光子成分和各种缺陷情况下，这些干涉能级的封闭表达式。对于最后一个例子，我们提供了我们的方法中级联纠缠交换协议的一般理论形式，并显示了多达5个级联的数值结果。我们的方法只需要一个小的计算资源（几分钟的商业可用的计算机），这是不可能通过以前的理论方法。我们的方法将有应用在广泛的SPDC为基础的QIP协议的高精度和合理的计算资源。
2015-05-07 quant-ph
Optimal Ultra-wide Spatial-Spectral Windows for Hyperentangled Two-photon Emission
在对空间相位变化进行最佳补偿的同时，由双晶体发射产生的双光子态表现出与中心发射模式的空间和光谱退相干。在本文中，我们提出了一种实验上方便的方法来优化超宽的空间和光谱窗口，允许最小的空间光谱退相干所需的双光子通量。
2016-09-12 quant-ph
Optimally driving multi-photon transitions in the perturbative single-mode regime
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Albert-Ludwigs-Universität Freiburg（弗赖堡大学）；Universität Kassel（卡塞尔大学）
本研究在单模近似下，通过经典相干态混合物最优驱动多光子跃迁，无需量子特性。
2026-01-09 quant-ph
Optimal Storage and Retrieval of Single-Photon Waveforms
我们报道了一个利用电磁感应透明（EIT）在高光学深度冷原子中实现单光子波包最佳存储和恢复的实验演示。对于时间相似度为96%的单光子波形，我们获得了（49+/-3）%的最佳存储效率。我们的结果使EIT量子光-物质界面更接近实际的量子信息应用。
2012-07-11 quant-ph
Pure-state photon-pair source with a long coherence time for large-scale quantum information processing
本文提出在PPKTP晶体中通过选择合适泵浦激光和滤波器生成具有长相干时间的纯态光子对源方案，实验演示了780nm光子对源并实现超过经典极限的HOM干涉，为大规模量子网络应用提供潜力。
2023-06-30 quant-ph
Continuous Variable Quantum Information Processing
量子系统的可观测量既可以是离散谱，也可以是连续谱。例如，在测量光状态的光子数时，将产生离散的结果，而光的正交幅度的测量将产生连续的结果。如果使用量子系统的连续自由度来编码、处理或检测信息，则进入连续变量（CV）量子信息处理领域。本文综述了循环伏安量子信息处理的基本原理，重点介绍了该领域的最新进展。我们将讨论量子信息系统的三个主要阶段：准备阶段，其中量子信息被编码为相干态和单光子态的CV;处理阶段，其中CV信息被操纵以执行指定的协议;以及检测阶段，其中CV信息使用零差检测或光子计数来测量。
2010-08-20 quant-ph
Programmable nonlinear function synthesis on a photonic processor with quantum signal processing
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
该研究将量子信号处理映射到可编程光子集成电路，通过相位控制合成非线性函数，实验验证了深度达L=11的QSP序列，实现算法到硬件的非线性函数生成。
2026-09-15 quant-ph
Optimal quantum spectroscopy using single-photon pulses
University of Warwick（华威大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）；Università di Parma（帕尔马大学）
研究单光子脉冲在量子发射体光谱学中的最优精度，发现线宽估计精度与发射体哈密顿量无关，而调谐偏差估计精度则不同，并确定最优脉冲形状。
2025-10-09 quant-ph
