Entanglement Swapping with Integrated Narrowband Photon Sources for Quantum Repeaters
University of Geneva（日内瓦大学）；Geneva Quantum Centre, University of Geneva（日内瓦量子中心）；University of Calgary（卡尔加里大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本研究采用与多原子量子存储平台兼容的集成窄带光子源，实现了高可见度的纠缠交换，完成了覆盖1.6 THz的系统级稳定，为现场部署量子中继器解决了关键技术挑战。
2026-08-17 quant-ph
Restoring polarization entanglement from solid-state photon sources by time-dependent photonic control
Technion–Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
本文提出了一种光子补偿协议，通过在光子域中直接消除发射体诱导的相位演化，恢复固态光源中的偏振纠缠，无需时间后选择和检测器时间分辨率。
2026-04-14 quant-ph
Ultranarrow resonance peaks in the transmission and reflection spectra of a photonic crystal cavity with Raman gain
从理论上研究了三态$Λ$方案中探测光入射到一维光子晶体缺陷中的拉曼增益。我们发现，存在一个泵浦强度范围，在该范围内，探测场的透射和反射光谱显示出\textit{simultaneously}出现窄峰（共振），其位置由拉曼共振决定。透射和反射系数在几十个$μ$ W/cm $^{2}$量级的泵浦强度下可以大于1。当抽运光强度在该区域之外时，透射谱中的峰变成窄谷。窄共振的性质归因于拉曼跃迁附近的非线性折射率的剧烈色散，这导致探测波的群速度显著降低。
2009-09-01 physics.optics quant-ph
Ultralow-loss integrated photonics enables bright, narrow-band, photon-pair sources
本文利用超低损耗氮化硅微环谐振器，通过CMOS工艺实现了创纪录亮度与窄线宽的集成光子对源，并进一步实现了高质量预告单光子源和时间比特纠缠源，为量子通信网络提供了紧凑高效的接口。
2024-04-24 physics.optics quant-ph
Antisymmetric entangled two-photon states generated in nonlinear GaN/AlN photonic-band-gap structures
研究了频率反对称纠缠双光子态的性质。在分束器中，两个纠缠的光子是完全反相关的。此外，尽管它们的检测时间被限制在窄的时间窗口内，但它们不能在同一时刻被检测到，即它们在时间上是反聚束的。使用非线性光子带隙结构制成的GAN/AlN，两个方案产生这样的状态。
2007-08-16 quant-ph
Scalable generation of heralded single photons via active feed-forward switching of a fiber delay line
Institute of Space Research, German Aerospace Center（德国航空航天中心空间研究所）；Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学物理研究所）；Institut für Optik und Atomare Physik, Technische Universität Berlin（柏林工业大学光学与原子物理研究所）；AQLS GmbH（AQLS有限公司）
利用自由空间-光纤混合延迟线结合前馈控制，实现多个光子生成事件的时间同步，将同步速率提升六倍，并支持多光子同步，仅轻微增加高阶光子数贡献。
2026-06-16 quant-ph
Quantum CNOT Gate with Actively Synchronized Photon Pairs
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
利用暖原子蒸气量子存储实现概率纠缠门，达到超过85%的保真度并展示贝尔不等式违反。
2025-05-06 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Squeezed single-atom laser in a photonic crystal
我们研究了强驱动单原子激光器的非经典和光谱特性，该激光器设计在一个有利于频率依赖性储库的光子晶体中。在这些研究中，我们采用缀饰原子模型方法导出了系统的主方程，并研究了频率依赖跃迁率下的缀饰激光特性。通过超越缀饰原子腔场相互作用中的久期近似，我们发现，如果，此外，非久期项被包括到系统的动力学，那么非线性过程可以发生，导致有趣的新方面的腔场行为。我们计算的正交相位振幅和腔场的频谱的非相干部分的方差，并表明，它们从长期近似下观察到的定性不同。特别是，它被发现，非线性过程导致压缩的波动的腔场低于量子散粒噪声限制。这种压缩依赖于系统的修饰态的相对布居数，并且只有在修饰态之间不存在布居数反转时才存在。此外，我们发现一个线宽变窄低于量子极限的腔场的光谱，只有当长期近似是不取得。的线宽变窄的解释提供了两个相位相关的噪声（压缩）谱，使非相干谱。我们建立了线宽变窄是由于压缩的波动在一个正交相位分量的腔场。
2008-07-21 quant-ph
A photonic quantum interface for hybrid quantum network
混合量子网络是一种以量子通信和分布式量子计算为目标的量子网络的普遍形式，其量子节点由不同的物理系统实现。这种通用的量子网络形式可以结合不同物理系统的优点，避免其固有的缺陷。然而，一个障碍是兼容的光子量子接口。一种可能的解决方案是使用非简并、窄带、纠缠光子对作为光子界面。本文首次在腔增强自发参量下转换过程中产生非简并窄带偏振纠缠光子对。信号光子和闲频光子的带宽和中心波长分别为9 MHz（935 nm）和9.5MHz（880 nm），与囚禁离子系统和固态量子存储系统兼容。通过量子态层析成像验证了光子源的纠缠度，所产生的量子态与Bell态之间的保真度为89.6%。此外，对贝尔不等式的强破坏（2.36+/-0.03）进一步证实了光子对的纠缠性质。该方法适用于混合量子网络，将在这一领域迈出一大步。
2017-07-11 quant-ph
Nanoparticle Stressor-Induced Single-photon Sources in Monolayer WS$_2$ Emitting into a Narrowband Visible Spectral Range
本文报道利用二氧化硅纳米颗粒旋涂法在ML-WS₂中确定性制备光谱孤立、能量稳定且窄线宽的单光子发射器，并通过真空低温退火去除不稳定发射器，使其在约620 nm中心、<25 nm窄带可见光发射，为混合量子光子平台提供可能。
2023-10-11 physics.app-ph 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
Self-protected polariton states in photonic quantum metamaterials
通过将一维耦合腔阵列（CCA）耦合到两条传输线上，研究了中心位置包含单个量子比特的CCA的单光子输运特性.我们发现，即使在名义上弱的光-物质耦合制度，通过一个长阵列的传输表现出两个超窄的共振对应于长寿命的自我保护的极化激元状态本地化周围的网站包含量子位。这些状态的寿命被发现以指数方式增加的阵列网站的数量在鲜明的区别极化布洛赫模式的腔阵列。
2014-05-05 quant-ph
Photon-pair generation in nonlinear metal-dielectric 1D photonic structures
非线性金属-电介质层状结构被证明能够有效地产生纠缠光子对使用自发参量下转换。在这些结构中，由于金属层的存在而增强的电场幅度的增加足以补偿薄金属层内的损耗。作为一个例子，从交替的非线性介质GAN层和金属Ag层的结构发射的光子对进行了分析，在光谱，时间以及空间域。还确定了一对光子之间的关联和纠缠。非常窄的光子对光谱，以及强烈的方向性的光子对发射的观察，使光子适合于光子-原子相互作用。高度增强的电场振幅提供高的光子对产生效率。
2014-10-16 quant-ph
Single-photon synchronization with a room-temperature atomic quantum memory
本文利用室温原子量子存储器实现独立单光子的高效同步，显著提升光子对符合率，并通过干涉测量验证了同步光子的不可区分性。
2023-02-19 quant-ph
Nonclassical 2-photon interference with separate intrinsically narrowband fibre sources
本文介绍了一种基于光子晶体光纤四波混频的光子对源。仔细设计光纤中的相位匹配条件，使我们能够在597 nm和860 nm处产生光子对，这种光子对处于本质上可分解的状态，没有光谱相关性。这允许预示一个光子处于纯态，因此使窄带滤波过时。该光源是窄带的，明亮的，并实现了高达21%的每光子的整体检测效率。首次提出了来自不同光纤源的未滤波光子的Hong-Ou-Mandel干涉。
2009-03-18 quant-ph
Intrinsically narrowband pair photon generation in microstructured fibres
本文研究了双折射光子晶体光纤（PCF）中四波混频产生的光子光谱特性的剪裁。其目的是产生固有的窄带光子，从而实现高的非经典干涉可见度，并产生高保真纠缠，而不需要任何光谱滤波，从而提高有效的检测效率。我们表明，未经过滤的Hong-Ou-Mandel干涉的77%之间的光子从相同的PCF，和80%之间的单独的源。我们比较这些实验的PCF建模的结果和分析光子纯度。
2011-02-22 quant-ph
Photonic qubits, qutrits and ququads accurately prepared and delivered on demand
量子系统中信息的可靠编码对于量子信息处理或通信的所有方法都是至关重要的。这特别适用于线性光学量子计算（LOQC）中使用的光子，只要确定性的单光子发射和制备可用，该光子是可扩展的。在这里，我们表明，窄带光子确定性地从原子腔系统发射满足这些要求。在他们的500纳秒的相干时间内，我们展示了一个细分为d的各种幅度和相位的时间仓，我们使用的编码任意qu-d-its。后者是确定性地完成的，对于量子比特具有>95%的保真度，使用新开发的时间分辨量子零差方法进行验证。
2013-07-01 quant-ph
From flat to narrow bands: Engineering quantum emission in a one-dimensional Lieb lattice
Shanxi University（山西大学）
研究通过统一框架揭示了二维利布晶格中量子发射动力学，从理想平坦带相干到现实狭窄带耗散的过渡，提出调控自发辐射的定量方法。
2026-05-07 physics.optics quant-ph
Narrowband quantum emitters over large spectral range with Fourier-limited linewidth in hexagonal boron nitride
层状六方氮化硼（hBN）中的单缺陷中心是量子光学和纳米光子学应用中有希望的单光子源。然而，直到今天，光谱不稳定性阻碍了许多应用。在这里，我们进行共振激发测量和观察傅里叶变换限制（FL）线宽下降到$\approx 50$ MHz。我们研究了hBN中600多个量子发射体（QE）的光学性质。量子阱具有窄的零声子线（ZPL），分布在580 nm ~ 800 nm的光谱范围内，并具有高偏振对比度的类偶极发射。发射频率可以分为四个主要区域，表明不同的家庭或晶体结构的QE，在符合从头计算。最后，发射器能够承受转移到外部光子平台-即银镜，这使得它们与光学谐振器等光子器件兼容，并为量子光子学应用铺平了道路，包括量子通信和量子中继器。
2017-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical pump-rejection filter based on silicon sub-wavelength engineered photonic structures
绝缘体上硅（SOI）平台的高折射率对比度允许实现超紧凑的光子电路。然而，这种高对比度阻碍了窄带布拉格滤波器的实现。这些通常需要几纳米的波纹宽度或双蚀刻几何形状，阻碍了器件制造。在这里，我们报告，第一次，实现SOI布拉格滤波器的基础上，亚波长折射率工程的差分半导体宽度配置。所提出的双周期性结构允许窄带抑制与一个单一的蚀刻步骤和宽松的宽度限制。基于这一概念，我们实验证明了一个单一的蚀刻，$\mathbf{220\,nm}$厚，硅布拉格滤波器具有$\mathbf{150\,nm}$的带宽，抑制带宽为$\mathbf{1.1\,nm}$和消光比超过$\mathbf{40\,dB}$。与具有类似带宽的常规单周期性、单蚀刻对应物相比，这表示十倍的宽度增加。
2017-05-29 physics.optics quant-ph
Silicon-Nitride Platform for Narrowband Entangled Photon Generation
CMOS兼容的光子芯片由于其可扩展性、鲁棒性和与电子器件的集成而非常适合于现实世界的量子光学器件。尽管使用硅纳米结构取得了令人印象深刻的进展，但在减少其线性和非线性损失以及创建与量子存储器接口所需的窄带光子方面仍然存在挑战。在这里，我们展示了氮化硅（Si 3 N4）平台的潜力，实现了一个超紧凑，明亮，纠缠光子对源与可选的光子带宽下降到30 MHz，这是前所未有的集成源。利用Si 3 N4的适度热膨胀，芯片的简单温度控制可以实现精确的波长稳定性和可调谐性，而无需主动控制。单模光子对在1550 nm处产生的速率超过107 s-1与mW的泵浦功率，并用于产生时间仓纠缠。此外，Si 3 N4允许从可见光到中红外的操作，这使得它非常有希望用于广泛的集成量子光子学应用。
2015-08-18 physics.optics quant-ph
Photoluminescence from In0.5Ga0.5As/GaP quantum dots coupled to photonic crystal cavities
我们展示了室温可见波长的光致发光In0.5Ga0.5As量子点嵌入在GaP膜。量子点发射的时间分辨带上光致发光测量显示出双指数衰减，寿命约为200 ps。我们制造了光子晶体腔，其提供量子点发射的增强的外耦合，允许观察指示单个量子点发射的窄线。该材料体系与Si上的单片集成兼容，有望用于单量子点发射的高效探测以及发射可见光的光电子器件。
2012-01-05 physics.optics quant-ph
The effect of photo-generated carriers on the spectral diffusion of a quantum dot coupled to a photonic crystal cavity
实验观察了光生载流子对耦合到光子晶体（PC）腔中的量子点（QD）光谱扩散的影响。在该系统中，光谱扩散部分地由PC的蚀刻表面上的电荷波动引起。我们发现，这些波动可能会被抑制的光生载流子，导致测量的量子点线宽减少了约2倍的光生载流子不存在的情况下相比。这一结果证明了一种可能的手段，在QD-PC腔系统中的光谱扩散的影响，因此可能是有用的量子信息应用中，窄QD线宽的期望。
2011-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Global calibration of large-scale photonic integrated circuits
针对大规模光子集成电路中移相器校准误差传播问题，提出一种基于自定义网络同时学习所有热光移相器相位-电流关系的全局校准方法，并实验验证了深度12的量子行走PIC，助力光子量子信息处理。
2024-11-06 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Narrow-linewidth tin-vacancy centers in a diamond waveguide
将固态量子发射器与光子电路集成是实现大规模量子光子处理器的关键。金刚石中带负电荷的锡空位（SnV $^-$）中心由于其优异的光学和自旋性质（包括窄线宽发射和长自旋相干时间）而成为量子发射体的有希望的候选者。SnV $^-$中心需要结合在光波导中，以有效地在芯片上路由它们产生的光子。然而，这种融合尚未实现。在这封信中，我们展示了SnV $^-$中心到纳米光子波导的耦合。我们实现这一设备，利用我们最近开发的浅离子注入和生长方法产生高品质的SnV $^-$中心和先进的准各向同性金刚石制造技术。我们确认这些技术的兼容性和鲁棒性，通过成功的窄线宽SnV $^-$中心（窄至$36\pm2$ MHz）的金刚石波导耦合。此外，我们研究了波导耦合SnV $^-$中心共振激发下的稳定性。我们的研究结果是一个重要的一步SnV $^-$为基础的芯片上的自旋光子接口，单光子非线性，光子介导的自旋相互作用。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Photonic Rutherford Scattering: A Classical and Quantum Mechanical Analogy in Ray- and Wave-Optics
本文利用费马最小光程原理，解析地求解了通过一种特殊而又常见的梯度折射率透镜n（r）=n_0+Δ nR/r的光线轨迹族。该解，即射线方程r（phi），被证明是密切相关的著名的卢瑟福散射，因此被称为光子卢瑟福散射。结果表明，不仅这些经典的限制对应，但也波动力学图片一致：时间无关的薛定谔方程和非齐次亥姆霍兹方程允许大质量粒子散射和衍射光学标量波之间的映射相同。窄波包的散射最终恢复了经典轨迹。分析表明，光热单粒子显微镜实际上测量光子卢瑟福散射在特定的限制。
2012-08-28 physics.class-ph physics.optics quant-ph
Realizing an entanglement-based multi-user quantum network with integrated photonics
量子网络促进了不同用户之间信息的安全传输。以可扩展和有效的方式在多个用户之间建立通信链路对于实现大规模量子网络非常重要。在这里，我们开发了一种基于能量-时间纠缠的密集波分复用网络，该网络基于集成的氮化硅微环谐振器，该谐振器提供宽的频率跨度（至少覆盖整个C波段）和窄的带宽模式（~ 650 MHz）。选择六对光子形成完全且同时连接的四用户量子网络。在所有用户中，观察到的量子干涉能级远高于经典极限。每对用户执行用于量子密钥分发的BBM 92协议。我们的研究结果为实现具有集成光子结构的大规模量子网络铺平了道路。
2022-09-06 physics.optics quant-ph
Bright Telecom Spin-Photon Interface in Silicon Photonics
Dipartimento di Scienza dei Materiali, Università di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学材料科学系）；BiQute；Institute for Research in Electronics and Applied Physics（电子与应用物理研究所）；Joint Quantum Institute（联合量子研究所）；University of Maryland（马里兰大学）；Department of Electrical and Computer Engineering（电气与计算机工程系）；Department of Physics（物理系）；Ulsan National Institute of Science and Technology（蔚山科学技术院）
研究旨在解决硅中缺乏明亮电信波段自旋-光子发射器的问题，通过展示Al1中心，利用同位素纯化器件实现高纯度单光子发射等，解析相关特性，确立其为明亮电信波段自旋-光子界面，为集成量子网络提供平台。
2026-07-29 physics.optics quant-ph
Surface passivation for narrowing optical linewidth of silicon T centers in nanophotonic devices
Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子与应用物理研究所）；Joint Quantum Institute, University of Maryland（马里兰大学联合量子研究所）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Maryland（马里兰大学电气与计算机工程系）；Ulsan National Institute of Science and Technology（蔚山科学技术院）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）
本研究采用原子层沉积Al₂O₃钝化硅表面，最多将纳米光子器件中硅T中心的光学线宽降低57%，为产生不可区分光子提供了CMOS兼容的路径。
2026-09-01 physics.optics quant-ph
A silicon photonic add-drop filter for quantum emitters
将单光子源和探测器集成到硅基光子学中，为量子信息处理的复杂电路开辟了可能性。在这项工作中，我们展示了集成的量子点与硅光子分插滤波器的片上滤波和路由的电信单光子。硅微盘谐振器充当窄滤波器，其传输量子点发射并在宽波长范围内过滤背景。此外，通过在微盘的谐振上调谐量子点发射波长，我们可以控制发射的单光子到分插滤波器的通道和通过分插滤波器的通道的传输。这一结果是朝着使用硅光子学在量子信息处理中应用的单光子的片上控制迈出的一步，例如线性光学量子计算和玻色子采样。
2019-03-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Temporal imaging for ultra-narrowband few-photon states of light
许多量子信息协议通过经由光-物质界面对光子光谱-时间自由度的操纵和检测来实现。虽然目前的实现方式非常适合于诸如量子点的高带宽光子源，但它们缺乏固有窄带光-原子相互作用所需的高分辨率。在这里，我们展示了远场时间成像的基础上交流斯塔克空间自旋波相位操纵的多模梯度回波存储器。我们实现了20 kHz的光谱分辨率，MHz级带宽和相当于0.023个光子的超低噪声，使单量子机制的操作成为可能。
2020-03-26 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Engineering telecom single-photon emitters in silicon for scalable quantum photonics
我们创建和隔离单光子发射器具有高亮度接近$10^5$计数每秒在商业绝缘体上硅（SOI）晶片。发射发生在红外光谱范围内，在电信O波段具有光谱窄的零声子线，即使在连续工作数天后也显示出高的光稳定性。发射体的来源归因于硅中与碳相关的色心之一，即所谓的G中心，允许用$^{12}$ C和$^{28}$ Si同位素进行纯化。此外，我们设想了一个高度相干的可扩展的量子光子平台的概念，其中单光子源，波导和探测器集成在SOI芯片上。我们的研究结果为实现与当今硅技术兼容的量子处理器、中继器和传感器提供了一条途径。
2020-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Tunable and low-noise WSe$_2$ quantum emitters for quantum photonics
本文系统研究了hBN封装和静电偏置两种策略，显著抑制WSe$_2$量子发射器的电荷噪声，实现线宽收窄、稳定调谐和高单光子纯度，为低噪声可调谐量子光源的开发与评估提供了框架。
2025-07-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Timing constraints due to real-time graph traversal algorithms on incomplete cluster states in photonic measurement-based quantum computing
本文研究了光子测量基量子计算中，用于在不完整簇态上寻找单量子比特门计算路径的实时图遍历算法所引发的经典控制开销，通过对比全局广度优先搜索与增量遍历算法，分析了路径准确性与执行速度间的权衡及其对光子时钟周期的约束。
2022-08-31 physics.app-ph physics.optics quant-ph
An Integrated Photonic Platform for Rare-Earth Ions in Thin Film Lithium Niobate
掺杂在单晶中的稀土离子系综材料在光信号处理、激光和量子信息处理等领域具有广泛的应用前景。将稀土离子注入集成光子器件可以实现紧凑的激光器和调制器，以及用于经典和量子光学应用的片上光量子存储器。为此，非常需要与集成光子器件的平面制造兼容的薄膜单晶晶片结构。然而，将稀土离子结合到薄膜形状因子中，同时保持其光学性质已被证明具有挑战性。我们展示了一个集成的光子平台，用于在绝缘体上的单晶薄膜中掺杂稀土离子。所述薄膜由掺杂有Tm 3+的钛酸锂组成。在薄膜中的离子表现出相同的光学寿命在大块晶体中测量。我们显示窄光谱孔的薄膜波导，需要高达2个数量级的低功率产生比以前报道的散装波导。我们的研究结果为可扩展的片上激光器，光信号处理设备和集成光量子存储器铺平了道路。
2019-11-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
