Atom-based quantum receiver for amplitude- and frequency-modulated baseband signals in high-frequency radio communication
在热蒸气室中产生的铯里德伯原子的光学探针被用来实时检索调制到16.98-GHz载波上的基带信号，展示了适合于微波通信的基于原子的量子接收器。通过电磁感应透明（EIT）（一种已建立的激光光谱方法）跟踪细胞中铯原子的60 $S_{1/2}$里德堡能级。微波载波与60 $S_{1/2}$ $\rightarrow$ 60 $P_{1/2}$里德堡跃迁共振，导致EIT信号的奥特勒-汤斯（AT）分裂。载波的幅度调制导致光学检索AT分裂中的对应调制。频率调制引起两个AT峰的相对高度的变化，这可以被光学检测和处理以恢复调制信号。基带信号的光学检索不需要电子解调。该方法适用于从$\sim 1$ ~GHz到数百GHz范围内的载波频率。基带带宽（在本演示中为$\sim$ ~20 Hz）可以通过更快的光谱采样来增加。
2018-04-19 quant-ph
Superradiance in dynamically modulated Tavis-Cumming model with spectral disorder
超辐射是来自共同耦合到相同光学模式的量子发射器的光子的增强发射。然而，量子发射器的共振频率的无序会干扰这种效应。本文研究了动态调制的Tavis-Cummings模型中超辐射与光谱无序的相互作用。通过数值模拟和分析计算，我们表明，有效的协同性的超辐射模式，它总是形成在大量的发射器，可以成倍地增强与量子控制协议调制的谐振频率的光学模式。我们的研究结果是相关的实验演示超辐射效应在固态量子光学系统，其中的光谱紊乱是一个重要的技术障碍，实现光子介导的发射极-发射极耦合。
2022-01-14 quant-ph
Quantum Memory with Optically Trapped Atoms
报道了在远失谐光偶极阱中实现原子集体态量子存储的实验研究。集体原子态的产生是由拉曼散射光子的检测预示的，并伴随着在原子系综中的存储。光偶极阱在量子存储过程中对原子提供了限制，同时保持了原子的相干性。我们通过拉曼散射产生的光子对的互相关和存储在存储器中的原子态的检索来探测量子存储。非经典的相关性观察到的存储时间高达60微秒。
2008-08-20 quant-ph
Experimental demonstration of quantum state tomography and qubit-qubit interactions for rare-earth-ion based solid state qubits
我们报告的实施量子态层析的合奏的Eu $^{3+}$掺杂离子的\YSO晶体。断层扫描应用于基于离子的光学跃迁之一的量子位。使用光脉冲操纵量子比特，并通过以相敏方式观察光学自由感应来进行测量。对于组合的制备和测量过程，实现了$>90$ %的保真度。离子之间的相互作用，由于在离子的永久电偶极矩的变化时，光学激发也进行了测量。根据这些结果，讨论了使用该系统进行多量子比特量子计算的能力。
2004-01-20 quant-ph
Demonstration of quantum advantage by a joint detection receiver for optical communications using quantum belief propagation on a trapped-ion device
量子优势的展示主要集中在计算加速和多体物理学的量子模拟上，这受到当前设备的保真度和能力的限制。利用普适量子处理在最小允许误差概率下鉴别激光脉冲调制的经典通信码字是一个很有前途的并行方向，它在量子态鉴别中具有根本的重要性，在深空激光通信中也具有技术相关性。在这里，我们提出了一个实验实现的量子联合检测接收机的二进制相移键控调制码字的3位线性树码使用最近提出的量子算法：量子消息的信念传播。接收器，翻译成一个量子线路，实验上实现了一个捕获的离子设备-最近发布的霍尼韦尔LT-1.0系统使用${}^{171}Yb+ $离子，它具有所有对所有的连接和中间电路测量能力，这是必不可少的演示。我们最终实现了一个先前假设的，但迄今尚未证明的联合量子探测方案，并提供了一个实验框架，超越了量子限制的最小平均解码错误概率与脉冲的脉冲检测在低平均光子数限制。完整的联合检测方案跨越基于光子和捕获离子的量子信息科学，将调制字母表的光子相干态映射到单离子量子比特的保持内积的状态。展望未来，我们的工作为量子增强接收器的混合实现开辟了新的途径，并将其应用于天文学和新兴的天基平台。
2021-02-25 physics.optics quant-ph
Simplified intensity- and phase-modulated transmitter for modulator-free decoy-state quantum key distribution
提出一种无需体调制器的新型光发射机设计，通过直接调制激光器结合光注入锁定与相干干涉生成GHz级强度和相位可调脉冲，实现诱骗态QKD，具有低成本、紧凑及易于光子集成的优势。
2023-04-02 quant-ph
Design and optimisation of quantum logic circuits for a three-qubit Deutsch-Jozsa algorithm implemented with optically-controlled, solid-state quantum logic gates
我们分析了量子逻辑电路的设计和优化，适用于基于光控固态量子逻辑门的三量子比特量子计算原型的实验演示。在这些门中，由供体的电子自旋携带的两个量子比特之间的相互作用由放置在它们附近的控制粒子的光激发介导。首先，我们用几何方法分析这些量子门的纠缠特性。然后，使用遗传编程算法，我们开发电路的改进Deutsch-Jozsa算法调查不同的策略，以获得短的总计算时间。我们测试了两种不同的方法，基于使用不同的纠缠门与最短的门计算时间，然而，不引入泄漏的量子信息的控制粒子。第一组利用控制相位门的快速近似作为纠缠门，而另一个任意纠缠门与第一组相比具有更短的门计算时间。我们已经确定了电路，始终较短的总计算时间时，使用受控相位门。
2009-10-09 quant-ph
Realization of Coherent Optically Dense Media via Buffer-Gas Cooling
我们证明，缓冲气体冷却与激光烧蚀相结合，可以用来创建相干光学介质，具有高的光学深度和低多普勒展宽，提供亚稳态与低碰撞和运动退相干。这种通用技术的演示为具有大量不同原子和分子的相干光学开辟了道路。我们使用氦缓冲气体来冷却87Rb原子到低于7 K，并减缓原子向壁的扩散。这种介质中的电磁感应透明（EIT）允许在初始OD >70的介质中传输50%，并允许具有大延迟带宽积的慢脉冲传播。在高OD制度，我们观察到高对比度的光谱振荡，由于有效的四波混频。
2009-02-02 quant-ph
Electromagnetically induced spatial light modulation
我们从理论上报告，利用电磁感应透明（EIT），弱探测场的横向空间特性可以快速调制通过使用光学图案（例如图像）与所需的强度分布在耦合场。因此，EIT系统可以用作高速光学寻址的空间光调制器。为了验证我们的建议，我们指出的拉盖尔-高斯光束的产生和操纵的基础上，无论是相位或振幅调制的热蒸汽EIT系统。
2008-12-14 quant-ph
Squeezed-light enhancement and backaction evasion in a high sensitivity optically pumped magnetometer
研究了光偏振压缩效应对灵敏的量子噪声限制光泵磁强计性能的影响。我们利用Bell-Bloom（BB）光抽运来激发含$8.2 \cdot 10^{12} \mathrm{atoms/cm^3}$的$^{87}$ Rb蒸气，并利用法拉第旋转来探测自旋进动。亚$\mathrm{pT}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$灵敏度受到低（高）频率下的自旋投影噪声（光子散粒噪声）的限制。探针偏振压缩既提高了高频灵敏度，又增加了测量带宽，在任何频率都没有灵敏度的损失，直接证明了测量反作用噪声的规避。我们提供了一个模型的BB磁强计的量子噪声动力学，包括自旋投影噪声，探针极化噪声，和测量反作用的影响。该理论表明如何偏振压缩减少光学噪声，而测量反作用，由于伴随的椭圆反压缩分流到不可测量的自旋分量。该方法与高密度和多通道技术兼容，可达到极高的灵敏度。
2021-11-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optical trapping of the transversal motion for an optically levitated mirror
光机系统适合于在质量尺度的意义上阐明宏观尺度上的量子现象。系统应该与环境隔离，以避免隐藏量子信号的经典噪声。光学悬浮是一种很有前途的方法来隔离光学机械系统与环境。为了实现光学悬浮，需要捕获所有自由度。到目前为止，人们已经详细地研究了具有光辐射压力的反射镜的纵向捕获和旋转捕获，并通过各种实验进行了验证。然而，很少有人注意到的横向捕获的镜子。在这里，我们报告了一个开创性的结果，我们实验证实了横向捕获的法布里-珀罗腔的镜子使用扭摆。通过这个演示，我们实验证明，光悬浮是可以实现的，只有两个法布里-珀罗腔垂直对齐。这项工作为实现光悬浮和宏观量子系统铺平了道路。
2020-12-21 physics.optics quant-ph
A background-free optically levitated charge sensor
光学悬浮宏观物体是力传感领域的一个强大工具，因为它具有高灵敏度、绝对力校准、环境隔离以及对它们的动力学的先进控制。然而，限制来自由电极化效应引起的寄生力，即使对于名义上中性的物体，由于偶极矩与外部电场的梯度的相互作用，该寄生力也影响力感测。在本文中，我们介绍了一种新的技术来建模和消除偶极矩相互作用限制传感器采用悬浮物体的性能。该过程导致灵敏度为$3.3\times10^{-5}e$的第一噪声限制测量。作为一个示范，这是适用于寻找未知的电荷的幅度远低于电子或电子和质子之间的电荷非常小的不平衡。没有剩余的系统偏差，使真正的发现实验成为可能，随着系统噪声降低到或超过量子极限，灵敏度有望提高。作为该技术的副产品，悬浮物体的电磁特性也可以单独测量。
2021-12-20 hep-ex hep-ph quant-ph
Superadditive Communication with the Green Machine: A Practical Demonstration of Nonlocality without Entanglement
本文提出并演示了名为绿色机器的联合检测接收机，实现了光通信的超加性容量，超越逐符号接收机，并降低峰值功率需求，且对相位噪声免疫。
2025-04-22 physics.optics quant-ph
Demonstration of spatial-light-modulation-based four-wave mixing in cold atoms
长距离量子光通信通常需要有效的混频过程来转换单个光子的波长。许多基于电磁感应透明的量子应用已经在单光子水平上被提出和证明，例如量子存储器、全光晶体管和交叉相位调制。然而，由于自发发射引起的吸收损耗，共振双$Λ$配置中基于EIT的四波混频（FWM）具有25%的最大转换效率（CE）。从理论上提出了一种利用两个控制场的空间调制强度的改进方案，以克服这种转换限制。在这项研究中，我们首先证明波长转换从780到795 nm的43% CE通过使用该方案在冷$^{87}$ Rb原子的光密度（OD）为19。根据理论模型，在理想条件下，当OD为240时，该方案的CE可进一步提高到96%，从而在OD的一半处获得与以前的非共振双$Λ$方案相同的CE。这种基于空间光调制的四波混频方案可以获得接近1的CE，从而为实现全光量子信息处理的高效量子波长转换器提供了一种简单的方法。
2018-04-10 quant-ph
A proof-of-principle demonstration of quantum microwave photonics
随着微波光子学的快速发展，它已经扩展到许多具有商业重要性的应用，消除新出现的瓶颈变得至关重要。例如，作为微波光子学的主要分支，光纤无线电技术提供了高带宽、低损耗和长距离的传播能力，促进了从电信到无线网络的广泛应用。以超短脉冲作为光载波，进一步赋予了巨大的容量。然而，超短脉冲的宽带宽导致高频RF信号对光纤色散的严重脆弱性。以时间能量纠缠双光子源为光载体，结合单光子探测技术，提出了一种量子微波光子学方法，并进行了实验验证。结果表明，它不仅实现了前所未有的非局域射频信号调制，对超短脉冲载波色散有很强的抵抗能力，而且提供了一种从色散中有效提取射频信号的替代机制。此外，无杂散动态范围的非局部调制和蒸馏的RF信号已显着改善。量子微波光子学方法凭借低定时抖动单光子探测所赋予的超微弱探测和高速处理优势，在现代通信和网络中开辟了新的可能性。
2022-01-28 physics.optics quant-ph
Hybrid nanophotonic-nanomagnonic SiC-YiG quantum sensor: II/ optical fiber based ODMR and OP-PELDOR experiments on bulk HPSI 4H-SiC
在这里，我提出了我的第一个基于光纤的耦合光学和EPR实验，与我最近理论上描述的新SiC-YiG量子传感器的开发相关（arXiv：1912.11634）。该量子传感器被设计为允许亚纳米级的单外部自旋灵敏度光学检测脉冲电子电子双共振光谱，使用X波段脉冲EPR光谱仪，光纤，和光致发光设置。这里介绍了ODPELDOR光谱演示之前的第一个关键实验。它们是在含有残余V2色心（自旋S=3/2）的集合体4 H-SiC样品上进行的。在这里，我演示i/光泵浦辅助脉冲EPR实验，ii/光纤ODMR和光学检测RABI振荡，和iii/光泵浦辅助PELDOR实验，和iv/一些自旋波共振实验。这些实验证实了所提出的新的量子传感方法的可行性。
2019-12-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optically-Induced Modulation and Programming of Diamond Photonic Cavities
Institute of Physics, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所）；Center of Quantum Science and Engineering, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院量子科学与工程中心）；Photonics Research Group, Department of Information Technology (INTEC), Ghent University - IMEC（根特大学信息技朮系光子研究组（与IMEC联合））；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本研究展示利用532纳米绿光对含氮-空位中心的金刚石纳米束腔实现全光调制与准永久蓝移调谐，结合热光与电荷效应，最大调谐3.15纳米，为单片金刚石光子平台提供可逆与持久重构能力。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optically-biased Rydberg microwave receiver enabled by hybrid nonlinear interferometry
提出光学偏置检测方法，通过非线性干涉测量和实时噪声抑制，实现全光学里德伯微波接收机，灵敏度达176 nV/cm/√Hz，信噪比提升35 dB，性能媲美超外差。
2025-08-14 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Strong optical coupling through superfluid Brillouin lasing
布里渊散射的应用范围从信号处理、传感和显微镜到量子信息和基础科学。这些应用大多依赖于光与声子之间的电致伸缩相互作用。在这里，我们表明，在液体中，光致表面变形可以提供一种替代和更强的相互作用。这使得超低阈值布里渊激光和强声子介导的光学耦合的演示第一次。这种形式的强耦合是布里渊可重构光开关和电路、光子量子接口以及产生合成电磁场的关键能力。虽然适用于液体相当普遍，我们的演示使用超流氦。配置为布里渊陀螺仪，这提供了前所未有的精度测量超流体循环的前景，并探索量子流体动力学的丰富物理，从量子涡量到量子湍流。
2019-07-16 physics.optics quant-ph
Experimental Demonstration of Free-Space Unidimensional Continuous-Variable Quantum Key Distribution Under High Detector Noise
Physical Research Laboratory（物理研究实验室）；Indian Institute of Technology, Gandhinagar（印度理工学院甘地纳加尔分校）
实验演示了在高探测器电子噪声（1.4散粒噪声单位）下工作的自由空间高斯调制一维连续变量量子密钥分发系统，在可信探测器模型下实现了最高270 kbps的密钥率，表明探测器信任在高噪声条件下的关键作用。
2026-06-05 physics.optics quant-ph
