Generation of highly retrievable atom photon entanglement with a millisecond lifetime via a spatially multiplexed cavity
与光子量子比特纠缠的量子比特存储器是长距离量子中继器的基石。利用双光束作用于光格原子，实现了腔增强的长寿命自旋波光子纠缠。然而，由于双光束交叉读出，自旋波量子比特的检索效率在所有存储时间都比单模自旋波量子比特的检索效率降低了四分之一。在这里，通过将冷原子耦合到基于偏振干涉仪的腔的两个模中，我们实现了腔增强的长寿命原子-光子纠缠中的完美量子比特恢复。将写入激光束施加到冷原子上，然后产生一个磁场不敏感的自旋波量子比特，它与编码在干涉仪两臂上的光子量子比特纠缠。自旋波量子比特由读取光束取回，这避免了交叉读出。我们的实验表明，在50%的本征量子比特恢复效率下，存储时间为540μs，比最好的报道结果长13.5倍。
2023-01-18 physics.optics quant-ph
How to Recover a Qubit That Has Fallen Into a Black Hole
我们展示了一个算法的检索量子比特，编码的自旋角动量，已被投入到一个没有防火墙的黑洞。通过收集霍金辐射并对黑洞进行测量，可以类似于量子隐形传态地实现恢复。重要的是，这些方法仅需要从事件视界外部执行测量的能力。
2015-10-06 gr-qc hep-th quant-ph
Towards efficient quantum memory of orbital angular momentum qubits in cold atoms
光的空间模式携带着量子化的轨道角动量（OAM），是一种可以获得高维量子态的理想模式，这使得它在构建高维量子网络方面有着广阔的应用前景。本文报道了在冷原子系综中对OAM态编码的光子量子比特的存储和检索，获得了98%以上的平均条件保真度和65%左右的检索效率.光子OAM量子比特在单光子水平上用弱相干态编码，并且存储器基于细长冷铷原子系综中的电磁诱导透明性。我们的工作构成了一个高效的节点，需要对高维和大规模的量子网络。
2020-12-23 quant-ph
Quantum Storage of a Photonic Polarization Qubit in a Solid
我们报告的量子存储和检索的光子偏振量子比特到和出的固态存储设备。量子比特在单光子水平上用弱相干态实现，并使用原子频率梳方案在掺杂镨的晶体中存储500 ns，存储和检索效率为10%。我们用量子态层析技术表征了这种存储，发现当平均光子数μ =0.4时，所获得的量子比特的平均条件保真度超过95%。考虑到泊松统计和有限的存储效率，这明显高于经典基准，这证明我们的设备可以作为偏振量子比特的量子存储设备，即使用弱相干态进行测试。这些结果将固态量子存储器的存储能力扩展到偏振编码，偏振编码在量子信息科学中有着广泛的应用。
2012-01-20 quant-ph
Decoherence and the retrieval of lost information
我们发现，与一般的假设相反，对开放量子系统环境的测量可以{ \em降低}其退相干率。我们通过研究一个间接量子比特测量的例子来证明这一点，其中关于其状态的信息隐藏在环境中。该信息由与环境耦合的远程设备提取。我们还表明，该设备产生的退相干的减少，伴随着减少的量子比特附近的环境噪声。这些结果在大尺度上的量子干涉的解释。
2011-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Generation of perfect-cavity-enhanced atom-photon entanglement with a millisecond lifetime via a spatially-multiplexed cavity
量子比特存储器是量子信息的构建块。利用双控制模式实现了腔增强的自旋波-光子纠缠。然而，由于模式之间的交叉读出，量子位检索效率在所有存储时间比单个自旋波模式低约四分之一。在这里，我们克服交叉读出使用多路复用环形腔。该腔中嵌入了偏振干涉仪，我们通过将单模写入激光束施加到冷原子上来创建与磁场不敏感自旋波量子比特纠缠的写入光子量子比特。利用单模读取激光束对自旋波量子比特进行检索，在所有存储时间内避免了四分之一检索效率损失。我们的实验表明，50%的内在检索效率为540微秒的存储时间，这是13.5倍以上的最好的报告结果。重要的是，我们的多腔方案铺平了一条道路，以产生完美的腔增强和大规模的多路复用自旋波光子纠缠与长寿命。
2021-10-21 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum Private Information Retrieval with Sublinear Communication Complexity
本文提出了一个用于私人信息检索的量子协议，在单服务器的情况下，具有信息理论隐私，具有O（\sqrt{n}）-量子比特通信复杂度，其中n表示数据库的大小。相比之下，已知任何经典协议在此设置中必须使用Ω（n）位通信。
2011-07-29 cs.CC cs.CR quant-ph
Exclusion reshapes the operational manifestation of preparation contextuality
S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；Department of Physics and Center for Quantum Frontiers of Research and Technology (QFort), National Cheng Kung University（国立成功大学物理系与量子前沿研究与技术中心(QFort)）
本文研究了在无奇偶约束下，排除替代检索任务如何改变准备上下文性的操作表现，发现排除在量子领域具有优势，而检索则没有。通过引入POREC码，证明了在素数符号大小m下，经典和非准备上下文编码提供了紧致的非上下文界限，而首个非平凡情况下的精确量子位最优解违反了这一界限。
2026-05-09 quant-ph
Quantum Algorithm for Binary Vector Encoding and Retrieval Utilizing the Permutation Trick
提出基于置换技巧的量子存储与检索算法，比Ventura-Martinez方法更简单，且检索步数从√n降至√k，实现更高效的二进制向量处理。
2025-10-08 quant-ph
High-Capacity Quantum Associative Memories
我们回顾我们的量子联想记忆模型，代表了“量化”的完全耦合的神经网络，如Hopfield模型。该想法是通过输入量子态到输出量子态的可逆旋转来替换由具有模式相关权重的伊辛模型驱动的经典不可逆吸引子动力学，该输出量子态由具有在汉明距离中最接近输入的存储模式上达到峰值的概率幅度的线性叠加组成，从而导致测量与输入非常相似的存储模式的高概率。实现这种变换的幺正算符可以被公式化为一个单量子比特和两量子比特的基本量子门序列，因此是有序量子伊辛模型的指数，具有顺序操作和模式依赖的相互作用，与经典情况完全一样。概率量子存储器利用控制量子比特的测量结果的后选择，克服了经典存储器的著名的线性存储限制，因为它们允许完全{ \it消除串扰和虚假存储}。控制量子比特的数量起着虚拟温度的倒数的作用，通过将虚拟温度降低到量子关联的临界值以下，可以调节模式检索的精度，而检索算法的复杂度对于量子比特数量的多项式的任何模式都保持多项式。这些模型解决了经典联想记忆容量不足的问题，在容量上提供了{ \it多项式改进}。代价是信息检索的概率性。
2015-05-30 quant-ph
Multi-mode storage and retrieval of microwave fields in a spin ensemble
微波频率下的量子存储器能够长时间存储多个超导量子比特的状态，是量子信息处理的关键元件。电子和核自旋是存储介质的自然候选者，因为它们的相干时间可以远高于一秒。受益于这些长的相干时间需要应用磁共振中使用的重聚焦技术，这是混合量子线路的主要挑战。在这里，我们报告了这样一个计划的第一个实施方案，在与超导量子比特技术兼容的设置中，使用金刚石中的氮空位（NV）中心耦合到超导谐振器的合奏。我们实现了主动复位的NV自旋到他们的基态的光泵和哈恩回波序列的重新聚焦。这使得多个微波脉冲的存储在微微瓦的水平和检索后，高达$35 μ$ s，三个数量级的改进相比，以前的实验。
2014-01-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent-State Storage and Retrieval Between Superconducting Cavities Using Parametric Frequency Conversion
在超导量子信息中，加工的铝超导腔已被证明是用于诸如量子比特的量子线路的良好控制的、低耗散的电磁环境。它们可以具有大的内部品质因数，$Q_{int}>10^8$，并呈现出存储量子信息的时间远远超过微制造电路的可能性。然而，为了用作存储元件，这些腔需要快速的“读/写”机制-换句话说，它们需要其他感兴趣的系统之间的可调谐耦合，例如其他腔模式和量子位，以及任何相关的读出硬件。在这项工作中，我们证明了这些品质在一个简单的双腔架构中，低Q值的“读出”模式参数耦合到高Q值的“存储”模式，使我们能够存储和检索经典信息。具体来说，我们采用了一个磁通驱动的约瑟夫森结为基础的耦合方案，可控地交换两个腔之间的相干态，展示了完整的，有序的控制模式之间的耦合率。
2015-03-09 quant-ph
Single-Nitrogen-vacancy-center quantum memory for a superconducting flux qubit mediated by a ferromagnet
我们提出了一种量子存储方案，通过铁磁体钇铁石榴石（YIG）将超导磁通量子比特（FQ）的量子态转移和存储到金刚石中单个氮空位（NV）中心的电子自旋中。与NV中心的系综不同，YIG慢化剂可以在不引入额外的明显退相干的情况下增强有效的N-NV-中心耦合强度。我们通过追踪YIG自旋集体模的自由度，导出了FQ和NV中心之间的有效相互作用。我们演示的转移，存储和检索程序，考虑到自发衰变和纯退相的影响。使用现实的实验参数的FQ，NV中心和YIG，我们发现，一个组合的传输，存储和检索保真度高于0.9，与10毫秒的长存储时间，可以实现。这种混合系统不仅可以作为一种有前途的量子存储器，而且还提供了一个通过集体自由度增强各种系统之间耦合的例子。
2018-04-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multiplexed on-demand storage of polarization qubits in a crystal
长寿命的多模量子存储器是量子通信发展所需的关键部件。在这里，我们提出了时间复用存储的5光子偏振量子比特编码到弱相干态中的稀土离子掺杂晶体。使用自旋重聚焦技术，我们可以将量子比特保留超过半毫秒。时间复用使我们能够将实验的有效速率提高5倍，这强调了多模存储对于量子通信的重要性。检索时的保真度是高于最大的经典保真度与量子比特编码到单光子上实现的，我们表明，内存保真度主要是由内存的信噪比的限制。这些结果显示了基于稀土离子掺杂晶体的长寿命多模量子存储器的可行性和多功能性。
2016-01-13 quant-ph
Fiber-coupled broadband quantum memory for polarization-encoded photonic qubits
该研究提出一种光纤耦合环路-开关量子存储平台，测得约54%的直通效率及按0.5^(N+1)缩放的存储效率，验证了不同存储周期下超宽带偏振光子量子比特的高保真存储，为量子网络提供低损耗存储方案。
2025-05-15 quant-ph
Qumode-Based Quantum Image Storage with Entropy-Guided Frame Indexing and Fidelity-Preserved Retrieval
本文提出一种基于连续变量光子系统与qumode的量子图像存储框架，利用delta演化机制和冯·诺依曼熵引导帧索引实现高效存储与可扩展检索，并通过Strawberry Fields仿真验证了保真度保持特性。
2025-07-04 quant-ph
Highly-Efficient Quantum Memory for Polarization Qubits in a Spatially-Multiplexed Cold Atomic Ensemble
用于飞行光学量子比特的量子存储器是量子信息科学和技术中广泛应用的关键使能器。一个关键的品质因数是整体存储和检索效率。到目前为止，尽管最近在光脉冲的高效存储方面取得了成就，但量子比特的存储效率有限。在这里，我们报告的极化量子位的量子存储器，结合了平均条件保真度超过99%和效率等于（68 $\pm$ 2）%，从而证明了一个可逆的量子位映射，更多的信息被检索比丢失。量子比特在单光子水平上用弱相干态编码，存储器基于铯原子的细长激光冷却系综中的电磁诱导透明性，空间复用用于双轨存储。这种实现方式在两个轨道上都保持了较高的光学深度，而不会在多路复用和存储效率之间折衷。我们的工作为未来量子网络功能和先进光子电路的测试提供了一个有效的节点。
2018-01-31 quant-ph
Storage and retrieval of microwave fields at the single-photon level in a spin ensemble
我们报道了在单光子水平上，微波脉冲在由$10^{10}$ NV中心耦合到超导LC谐振器的金刚石晶体中的自旋系综存储器中的存储。随后通过自旋回波技术取回$100\, μ\mathrm{s}$的信号的能量达到由自旋吸收的能量的$0.3\%$，并且通过模拟定量地说明该存储效率。这个品质因数足以设想超导量子位的量子存储器的第一个实现。
2015-04-09 quant-ph
Machine Learning-Assisted Manipulation and Readout of Molecular Spin Qubits
机器学习在量子控制和量子位的读出中找到了应用。在这项工作中，我们应用人工神经网络，以协助操作和读出的原型分子自旋量子比特-一个氧钒（IV）部分-在两个实验中，旨在测试的幅度和相位识别，分别。我们首先成功地使用一个人工网络来分析输出的存储/检索协议与四个输入脉冲识别的回波位置，并进一步后选择的结果，推断初始输入脉冲序列。然后，我们应用人工神经网络来确定实验测量的哈恩回波的相位，表明它是可以正确地检测其相位，并识别在操作过程中添加的额外的单脉冲相移。
2022-11-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Private Information Retrieval has linear communication complexity
在私有信息检索（PIR）中，客户端查询n位数据库以检索她选择的条目，同时保持她的查询值的隐私。Chor，Goldreich，Kushilevitz和Sudan表明，在信息理论的背景下，经典PIR协议需要线性的通信量（因此平凡协议是最佳的）。Nayak证明这个线性下限在量子环境中也成立。在这里，我们通过考虑近似隐私扩展了Nayak的结果，并且只要求针对“似是而非”的对手的安全性，这些对手是与经典诚实但好奇的对手类似的最弱的合理量子对手。我们表明，即使在这种弱化的情况下，量子私人信息检索（QPIR）也需要n个量子比特的通信。由此可见，Le Gall最近提出的具有次线性通信复杂度的QPIR协议在对抗最弱的合理加密对手时，在信息理论上不是私有的。
2014-01-29 quant-ph
Realization of reliable solid-state quantum memory for photonic polarization-qubit
忠实地存储未知的量子光态对于先进的量子通信和分布式量子计算应用是必不可少的。所需的量子存储器必须具有高保真度，以提高量子网络的性能。在这里，我们报告的光子偏振态的可逆转移到集体原子激发在一个紧凑的固态设备。量子存储器基于稀土离子掺杂晶体中的原子频率梳（AFC）。对单光子级相干脉冲的存储和恢复过程，我们获得了高达0.998的过程保真度。这种可靠的量子存储器是基于固态设备的量子网络的关键一步。
2012-05-13 quant-ph
Wavelength convertible quantum memory satisfying ultralong photon storage and near perfect retrieval efficiency
研究了自旋态非均匀展宽的双λ型固体系综中波长可转换量子存储器的量子相干性控制。与自旋衰减均匀的典型原子介质不同，自旋非均匀加宽的固体系综需要在量子相干性控制中进行反直觉的访问，以避免自发发射引起的量子噪声。固体系综中的这种量子相干性控制导致接近完美的恢复效率，并且适用于高达自旋相位弛豫时间的超长光子存储。在这里，反直观的量子相干性控制的基本物理不仅为双光子（拉曼）相干瞬态，但也为一个详细的相干转移机制，导致频率上/下转换。这项工作揭示了量子光学存储器的潜在应用，满足无噪声，近乎完美，超长和多模光子存储，其中量子中继器，可扩展纠缠量子比特和磁力测量将是即将到来的受益者。
2018-02-20 quant-ph
On-demand quantum storage of photonic qubits in an on-chip waveguide
光子量子存储器是量子信息处理的核心技术。为了便于实际应用，人们致力于在固体中制作各种波导的集成量子存储器。然而，量子位的按需存储，这是QIP的基本要求，仍然是具有挑战性的实现使用这种集成的量子存储器。在这里，我们报告的按需存储的时间仓量子位的片上波导存储器的表面上的$^{151}$ Eu $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$晶体，利用斯塔克调制原子频率梳协议。$99.3\%\pm0.2\%$的量子位存储保真度是在每脉冲0.5个光子的输入下获得的，远远超过了使用经典的测量和准备策略可实现的最高保真度。开发的具有按需检索能力的集成量子存储器代表了集成量子节点在量子网络中实际应用的重要一步。
2020-12-30 quant-ph
Time-Reversal-Symmetric Single-Photon Wave Packets for Free-Space Quantum Communication
提出了读出和检索过程，用于在编码在单个原子或离子的能级结构中的物质量子比特和编码在时间反演对称的单光子波包中的光子量子比特之间进行高效、高保真度的量子态传输。它们基于通过受激拉曼绝热通道在自由空间中按需控制物质量子比特的自发光子发射和吸收。由于这些过程不涉及高精细腔的模式选择或通过光纤的光子传输，因此它们作为自由空间量子通信协议的基本构建模块提供了有趣的前景。
2015-05-13 quant-ph
Information retrieval and eigenstates coalescence in a non-Hermitian quantum system with anti-$\mathcal{PT}$ symmetry
具有宇称时间反转（$\mathcal{PT}$）或反$\mathcal{PT}$对称性的非埃尔米特系统由于其独特的特征和反直觉现象而引起了广泛的兴趣。其中一个最不寻常的特点是存在一个例外点（EP），跨越它的相变与自发破缺的$\mathcal{PT}$对称发生。通过周期性地驱动单个囚禁离子的耗散量子系统，实现了具有反$\mathcal{PT}$对称性的单量子比特的Floquet哈密顿量。利用频闪发射和量子态层析技术，我们得到了任意初始态的密度矩阵随时间的演化，直观地展示了信息检索、本征态合并和拓扑能谱等非厄米特系统的独特特征.
2021-07-27 cond-mat.quant-gas quant-ph
Scalable Architecture for Quantum Information Processing with Atoms in Optical Micro-Structures
本文综述了近年来利用二维光学微阱阵列中的中性原子作为二维量子比特寄存器进行量子信息处理和量子模拟的实验进展。我们描述了一个可扩展的量子信息架构的基础上，微制造的光学元件，同时针对单站点寻址和可扩展性的重要问题。这种方法为量子态存储、操纵和检索提供了灵活且可集成的配置。我们介绍了最近的实验结果的初始化和相干的一个量子比特旋转多达100个可单独寻址的量子比特，原子量子态的相干传输在一个可扩展的量子移位寄存器，并讨论了两个量子比特门在二维微陷阱阵列的可行性。
2011-08-25 quant-ph
Efficient quantum memory for single photon polarization qubits
量子存储器是实现远距离量子通信和大规模量子计算的关键接口，用于存储和检索飞行的光子量子态。虽然许多高存储-检索效率的实验方案已经用弱相干光脉冲进行，但迄今为止实现的所有真正单光子的量子存储器的效率远低于50%，这是实际应用的阈值。在这里，我们报告的演示单光子偏振量子比特的效率>85%，保真度> 99%，基于平衡的双通道电磁诱导透明的激光冷却铷原子的量子存储器。对于单通道量子存储器，存储和检索单光子时间波形的优化效率可高达90.6%。我们的结果使光子量子存储器更接近于量子信息处理的实际应用。
2020-04-07 quant-ph
On-Demand Storage and Retrieval of Microwave Photons Using a Superconducting Multiresonator Quantum Memory
一种能够忠实地存储量子态并根据需要恢复量子态的量子存储器在量子信息科学中有着广泛的应用。与基于超导量子线路的量子处理器一起工作的微波区域中的高效量子存储器可以作为量子计算机的重要架构。在这里，我们实现了按需存储和检索弱相干微波光子脉冲在单光子水平。我们实现了一个超导多谐振腔量子存储器，它是由一组频率可调的共面传输线（CPW）谐振器。通过动态调谐谐振器的谐振频率，我们实现了从10 MHz到55 MHz的可调存储器带宽，整体存储效率高达12%，并保持良好的相位相干性。我们进一步展示了按需存储和检索的时间仓飞行量子位。这一结果为我们将基于芯片的量子存储器与最先进的超导量子线路技术结合起来进行量子信息处理开辟了前景。
2021-11-10 quant-ph
On-demand storage of photonic qubits at telecom wavelengths
电信波长的量子存储器对于基于现有光纤网络构建大规模量子网络至关重要。电信光子量子比特的按需存储是这种网络应用的基本要求，但尚未得到证明。在这里，我们展示了电信光子量子比特的存储和按需检索使用的激光写入波导制作在$^{167}$ Er $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$晶体。波导存储器的两端直接与光纤阵列连接，光纤到光纤的效率为51%。用单光子相干脉冲编码的时间仓量子比特可以获得98.3（1）%的存储保真度，这远远超过了经典的测量和准备策略所能达到的最大保真度。该器件具有高可靠性、易扩展性，可直接集成到光纤网络中，在基于光纤的量子网络中发挥重要作用。
2022-11-16 physics.optics quant-ph
On-chip storage of broadband photonic qubits in a cavity-protected rare-earth ensemble
固态光发射器的集合能够实现光子量子比特的宽带量子存储和转换，并应用于高速光量子网络，用于安全通信，全球计时和互连未来的量子计算机。为了实现利用系综的相干量子信息传输，目前使用自旋重定相技术来减轻由非均匀加宽引起的快速退相干。在这里，我们使用一个密集的钕稀土离子强烈耦合到纳米光子谐振器的合奏证明，通过腔保护，一个单光子激发的消相干几乎完全抑制-一种新的技术，用于访问集体耦合的消相干自由子空间。因此，腔场和原子超辐射态之间的受保护拉比振荡能够将光子频率量子比特（约50 GHz带宽）超快速传输到离子中，然后以98.7%的保真度进行检索。通过将超辐射激发耦合到其他长寿命的稀土自旋态，这项技术将使宽带，随时可用的量子存储器和快速的光-微波转换器成为可能。
2016-09-06 physics.atom-ph quant-ph
Efficient spatially-resolved multimode quantum memory
我们提出了一种方法，使有效的存储和检索的光子激发存储在系综量子存储器组成的非零斯托克斯位移的λ型吸收。我们表明，这可以用来实现多模量子存储器存储多个频率编码的量子比特在一个单一的合奏，并允许他们的选择性检索。读出方案适用于基于电磁感应透明性和受激拉曼散射的存储器设置，并且在空间上将输出信号场与控制场分离。
2007-10-26 quant-ph
Efficient cavity-assisted storage of photonic qubits in a solid-state quantum memory
本文提出在阻抗匹配腔增强的固态AFC量子存储器中实现单光子水平弱相干脉冲和时间仓量子比特的高效存储，分别达到62%和51%的效率，为当前固态量子存储最高水平。
2024-10-23 quant-ph
Random Pulse Sequences for Qubit Noise Spectroscopy
本文提出一种基于随机脉冲序列的量子比特噪声谱学方法，利用相位恢复算法设计序列并直接测量噪声谱线性泛函，结合压缩感知重建稀疏谱，在自组装量子点上实现比传统动力学解耦快一个数量级的谱提取。
2025-04-28 quant-ph
Towards a spin-ensemble quantum memory for superconducting qubits
本文综述了建立一种新型量子器件的努力，这种器件结合了具有长相干时间的电子自旋系综和小型超导量子处理器。目标是在自旋系综的正交集体模式中长时间存储任意量子比特状态，并按需检索它们。我们首先提出了这样一个多模量子存储器设计的协议。然后，我们描述了一系列的实验结果，使用NV中心的钻石，这表明其主要的基石：从一个量子比特到自旋系综的任意量子态的转移，和经典微波脉冲的多模检索到单光子水平与哈恩回波序列。自旋存储器的复位在两个连续序列之间使用自旋的光学再泵浦来实现。
2015-10-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phase-transition-like behavior in information retrieval of a quantum scrambled random circuit system
混沌量子系统中的信息会在整个系统中发生混乱，阻止任何局部测量重建它。混乱动力学是理解广泛的量子多体系统的关键。在这里，我们使用Holevo信息来量化置乱动力学，这显示出类似相变的行为。当将长随机Clifford电路应用于大系统时，不能从小于系统大小一半的子系统恢复信息。当超过系统大小的一半时，存储的信息量每量子比特增加2比特经典信息，直到通过另一个急剧的非分析变化达到饱和。我们还研究了临界行为附近的过渡点。最后，我们利用相干信息来量化系统中量子信息的置乱，它表现出类似的相变行为。
2022-10-11 cond-mat.other quant-ph
Highly Retrievable Spinwave-Photon Entanglement Source
单光子和量子存储器之间的纠缠形成了量子中继器和量子网络的构建块。以往的纠缠源通常具有较低的提取效率，这限制了未来更大规模的应用。在这里，我们报告了一个高度可恢复的自旋波光子纠缠源。在低精细度环形腔中，单光子与原子系综相互作用产生偏振纠缠。该腔被设计成对于双自旋波模式是共振的，这因此使得能够有效地取回自旋波量子比特。已观察到高达76（4）%的内在检索效率。这种高度可恢复的原子-光子纠缠源在未来更大规模的量子中继器和量子网络应用中将非常有用。
2015-05-03 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
Multimode and Random-Access Optical Quantum Memory via Adiabatic Phase Imprinting
针对现有量子存储随机访问机制缺失、多模容量有限的问题，研究提出采用快速绝热通道重聚脉冲的量子存储协议，在$^{171}{\rm Yb}^{3+}$:${\rm Y}_2{\rm SiO}_5$晶体上实现8光谱模式的光学随机存取，提升了模式通用性并降低了脉冲强度要求。
2025-06-13 quant-ph
One-Way Quantum Symmetric Private Information Retrieval Protocol From A Single Database Server Using NISQ Devices
University of Toronto（多伦多大学）；The University of Hong Kong（香港大学）
本文提出一种基于NISQ设备的单服务器SPIR协议，利用BB84态单向传输和分块排列实现信息论安全，在容忍噪声信道下以约千比特分块达到数据库隐私$10^{-6}$，并扩展到诱骗态。
2026-10-02 quant-ph
All Unitaries Have Constant Depth Quantum Circuits
Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Washington（华盛顿大学）
本文证明所有n量子比特酉算子可用多项式深度电路近似，并在允许无界扇出门时实现恒定深度，通过连接酉合成问题与局部可解码码和私有信息检索。
2026-10-06 quant-ph
Ultrafast quantum random access memory utilizing single Rydberg atoms in a Bose-Einstein condensate
我们提出了一个长寿命和快速访问的量子存储单元，其中操作希尔伯特空间是由涉及两个宏观占据的超精细能级的混溶二元原子玻色-爱因斯坦凝聚体和Rydberg态的一个原子。结果表明，一个任意的量子比特状态，最初准备使用一个通量量子比特，可以迅速转移到和从被困原子系综在大约10 ns，并具有97%的大保真度，通过一个有效的双光子过程，使用外部激光的过渡到里德伯能级。因此，量子信息的可实现的超快传输使得能够从稀释的超冷气体的高度可控的量子光学设置进行大量的存储和检索循环，甚至在微秒量级的通常非常短的通量量子比特寿命内。
2013-12-18 cond-mat.quant-gas quant-ph
Single-shot measurement of a Rydberg superatom via collective photon burst
在里德伯偶极相互作用下，介观原子系综可以表现为二能级单原子的行为，形成所谓的超原子图像。它是量子信息科学中一个潜在的强有力的候选者，特别是通过集体增强与单光子有效耦合，这对于构建量子互联网连接远程量子计算机至关重要。在此之前，人们已经对里德堡超原子、单光子源、单光子纠缠等基本概念进行了初步的研究，但还缺少一个关键的单激发量子比特测量。在这里，我们实现了一个超原子量子比特的确定性测量通过光子爆发在一个Single Shot。我们利用一个低精细度的环形腔来增强原子与光子的相互作用，并获得了44%的光纤内恢复效率。利用两个里德伯能级之间的偶极相互作用，我们可以创建一个多个单光子的序列，或者什么都没有，条件是初始量子比特状态。我们在4.8 us内实现了93.2%的单次测量保真度。我们的工作补充了利用里德伯超原子进行量子信息应用的实验工具箱。
2021-06-21 quant-ph
A single-atom quantum memory in silicon
长的相干时间和快速的门操作是可取的，但往往相互冲突的物理量子位的要求。这种冲突可以通过采用快速量子比特进行操作，并在空闲时将其状态存储在“量子存储器”中来解决。硅中的$^{31}$ P施主自然配备了一个快速量子位（电子自旋）和一个长寿命量子位（$^{31}$ P核自旋），在低温下以束缚态共存。在这里，我们展示了存储和检索的量子信息从一个单一的施主电子自旋其主机磷核同位素富集$^{28}$硅。通过状态和过程层析成像表征存储器过程的保真度。我们报告的整体过程保真度为$F_p =$ 81 ${\pm}$ 7%，存储器保真度（$F_m$）超过90%，存储器存储时间高达80 ms。这些值是有限的高功率射频脉冲后的电子自旋共振频率的瞬态位移。
2016-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hermitian vs non-Hermitian quantum thermometry
本研究探讨量子比特退相干动力学作为环境温度估计机制，通过优化量子Fisher信息并确定最优测量，发现non-Hermitian系统具有更强的退相干弹性，且最优估计不发生于稳态或完全退相干时。
2025-09-13 math-ph math.MP quant-ph
A telecom-wavelength atomic quantum memory in optical fiber for heralded polarization qubits
基于光子的量子信息处理有望产生包括光学量子计算、量子密码学和分布式量子网络在内的新技术。电信波长的偏振编码光子为这些技术的实际实现提供了一个引人注目的平台。然而，尽管在构建与该平台兼容的基本组件方面取得了重要的成功，包括纠缠光子源、有效的单光子检测器和片上量子线路，但是缺少的元件是原子量子存储器，其直接允许在电信波长光子的偏振度中编码的量子态的可逆映射。在这里，我们展示了量子存储和检索的偏振态的预示单光子在电信波长通过实施原子频率梳协议在一个合奏的铒原子掺杂到光纤中。尽管在我们的原理证明演示中存在局限性，例如存储效率和存储时间小，但我们的宽带光物质接口揭示了在未来量子信息处理中使用的潜力。
2015-06-14 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Storage and retrieval of single photons transmitted between remote quantum memories
基本量子网络操作涉及将量子比特状态存储在原子量子存储器节点中，然后通过单光子激发将信息检索并传输到远程量子存储器节点以进行进一步存储或分析。因此，量子网络操作的实现以实现这种物质到光和/或光到物质量子态映射的能力为条件。在这里，我们报告了使用两个远程原子系综生成、传输、存储和检索单个量子的情况。通过Duan、Lukin、Cirac和Zoller（DLCZ）的协议[Nature v.414，413（2001）]，从A点的冷原子系综产生单个光子，并通过100米长的光纤将其导向B点。光子经由Fleischhauer和Lukin的暗态极化激元方法转换成单个集体激发[Phys. Rev. Lett. 84，5094（2000）]。在可编程的存储时间之后，原子激发被转换回单个光子。对于500纳秒的存储时间，通过测量λ关系参数α，实验证明了这一点。通过强度互相关测量观察到超过十微秒的存储时间。存储周期的长度比实现光子和原子量子之间的转换的时间长两个数量级。远程量子存储器之间的单量子受控传输是迈向分布式量子网络的重要一步。
2005-11-02 quant-ph
Free space quantum communication with a portable quantum memory
实现本质上安全并长距离运行的基本量子网络需要将执行不同任务的几个量子模块互连。在这项工作中，我们报告了四个不同的量子模块的互连：（i）一个随机偏振量子比特发生器，（ii）一个自由空间量子通信信道，（iii）一个超低噪声便携式量子存储器和（iv）一个量子比特解码器，在一个功能性的基本量子网络拥有量子信息分发协议所需的所有能力。我们在单光子水平上以随机序列产生编码偏振态$|H\rangle, |V\rangle, |D\rangle, |A\rangle$的弱相干脉冲。随机量子比特通过自由空间链路发送，并耦合到双轨室温量子存储器中，存储和检索后，在类似于BB84协议要求的四检测器偏振分析中进行分析。我们还展示了超低噪声和完全便携式操作，为存储器辅助的全环境自由空间量子密码网络铺平了道路。
2017-06-04 quant-ph
Storing Quantum Information in a generalised Dicke Model via a Simple Rotation
本文提出通过对广义Dicke模型哈密顿量施加局域SU(2)旋转，在相等失谐下将三能级原子系统解耦为两个有效量子比特和一个孤立能级，从而实现量子信息的存储、交换与传输。
2023-05-31 quant-ph
Storage of polarization-entangled THz-bandwidth photons in a diamond quantum memory
体金刚石声子已被证明是一个通用的平台，用于产生，存储和操纵高带宽的光量子态。在这里，我们展示了一个钻石量子存储器，存储，并按需释放，一个任意偏振的$\sim$ 250 fs持续时间的光子量子比特。通过将量子比特的两个偏振度经由拉曼跃迁映射到位于同一金刚石晶体中的两个空间上不同的光学声子模式上，克服了存储器的单模性质。这两种模式在检索时被相干地重新组合，并且量子过程层析成像确认存储器以平均保真度$0.784\pm0.004$忠实地再现输入状态，总存储器效率为$(0.76\pm0.03)\%$。在另一个演示中，偏振纠缠对的一个光子被存储在存储器中。我们报告说，纠缠持续在检索状态高达1.3 ps的存储时间。这些结果表明，金刚石声子平台可以与偏振量子比特一起使用，这是偏振编码光子处理的关键要求。
2017-06-19 quant-ph
Concise Quantum Associative Memories with Nonlinear Search Algorithm
本文提出的量子联想记忆（QAM）模型是对日归周\etal \cite{zhou2012}的模型的简化和推广，他在模型中使用了量子矩阵和二叉判决图，并采用了非线性搜索算法。值得注意的是，David Rosenbaum提出了量子矩阵的二叉判定图\cite{Rosenbaum2010}，Abrams和Llyod提出了非线性算法。\cite{Abrams1998}我们的模型给出了在多值检索方案中当第一寄存器上的测量完成时检索所寻求的状态之一的可能性。它优于Grover算法及其改进形式作为检索算法时所需的$\mathcal{O}(\sqrt{\frac{2^n} {m}})$步骤。$n$是第一寄存器的量子位的数量，$m$是$f(x)=1$的值$x$的数量。由于非线性使得系统对噪声高度敏感，因此分析单个量子比特噪声信道对我们的QAM模型的非线性搜索算法的影响，显示出无论第一寄存器中存在的量子比特的数量如何，保真度都约为$0.7$。
2015-10-05 quant-ph
Multimode storage of quantum microwave fields in electron spins over 100 ms
长寿命多模量子位寄存器是用于模块化量子计算架构的使能技术。为了与超导量子比特接口，这样的量子存储器应该能够在单光子水平上长时间存储传入的量子微波场，并按需检索它们。在这里，我们证明了部分吸收的训练弱微波场的铋施主自旋硅，他们的存储为100毫秒的合奏，和他们的检索，使用哈恩回波协议。长的存储时间是通过在一个时钟转换偏置铋施主。相位相干性和量子统计被保存在存储器中。
2020-05-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Distributed correlations and information flows within a hybrid multipartite quantum-classical system
理解经典环境中量子纠缠复活的非马尔可夫机制是量子信息理论的核心。尝试性的解释已经给出了作为控制设备的环境的作用或隐藏的纠缠的概念。我们从信息理论的角度来解决这个问题。为了这个目的，我们考虑一个范式的三方系统，已经在实验室中实现，由两个独立的量子比特和一个随机的经典场局部相互作用的一个量子比特单独。我们研究了两量子比特纠缠与整个系统的真正三重关联之间的动力学关系，发现纠缠的崩溃和恢复分别对应于整个三重关联的上升和下降。有趣的是，纠缠暗周期可以使非零三方相关的平台。然后，我们解释这种行为的信息流在系统的不同方面。除了展示整体相关性冻结的现象外，我们的结果还为混合量子-经典系统中纠缠恢复的起源提供了新的见解。
2015-08-19 quant-ph
A hybrid-qudit representation of digital RGB images
本研究提出一种基于混合qudit的RGB图像量子表示新方法，用7个qutrit的纠缠寄存器编码颜色信息，结合qubit与qutrit编码像素位置，经Cirq仿真验证编码复杂度随像素数线性增长，可用于图像压缩等基础处理。
2022-07-25 quant-ph
Storing unitary operators in quantum states
我们提出了一个方案，以存储具有自逆生成元的量子态幺正算符，并给出了一个通用电路，以确定的成功概率检索它们。算子的连续变量存储在单量子比特态中，关于算子种类的信息存储在有限维的经典态中。无论采用哪种算子，检索成功的概率总是1/2，这是最大的。在失败的情况下，可以用附加的量子态来校正结果。检索电路几乎和只处理单量子比特旋转和CNOT作为基本操作的电路一样简单。利用该方案还提出了一种交互式的量子动力学传输方式，即为量子计算机分发自然拷贝保护程序。
2001-11-05 quant-ph
