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非常规里德堡泵浦及其在量子信息处理中的应用
摘要： 我们提出了一种通过同时用两个具有不同拉比频率强度的经典场驱动每个里德伯原子来实现非常规里德伯泵浦（URP）的机制。该机制不同于一般的里德伯阻塞或里德伯反阻塞，因为它与原子的基态密切相关——即处于相同基态的两个原子是稳定的，而处于不同基态的两个原子会发生共振激发。此外，我们发现URP可用于简化某些特殊的量子信息处理任务，例如：仅需单次拉比振荡即可实现三量子比特受控相位门、利用两个相同原子制备二维和三维稳态纠缠，以及在里德伯原子-腔系统中实现自主量子纠错。通过最先进技术明确讨论了上述应用的可行性。
关键词： 量子纠错、里德堡阻塞、非常规里德堡泵浦、量子信息处理、里德堡反阻塞、纠缠
更新于2025-09-23 15:23:52
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线性和二次非线性光学系统的直接表征
摘要： 量子信息处理中的一个核心任务是表征量子过程。在光学量子信息处理领域，这相当于对模式产生算符和湮灭算符的变换进行表征。对于线性光学系统，这种变换是幺正的；而对于哈密顿量与模式算符呈二次关系的系统，则会产生著名的博戈留波夫变换。本文提出一种采用改进型马赫-曾德尔干涉仪的散粒噪声极限方案，用于表征这两类演化过程。要表征一个N模器件，我们需要O(N2)次测量。虽然线性光学系统的表征只需使用相干态，但要表征二次非线性光学系统还需额外引入单光子。
关键词： 博戈留波夫变换、马赫-曾德尔干涉仪、光学系统、量子信息处理、相干态、单光子
更新于2025-09-23 15:21:21
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量子比特的自适应层析：纯度与统计涨落
摘要： 量子信息处理应用的成功依赖于对量子态（尤其是近纯态）的精确高效表征。本研究探究了一种自适应量子比特态层析方法，在大样本量N下可实现O(1/N)的精度缩放。我们分析了该自适应协议对纯态、混合态及近纯态表征的性能表现，阐明了量子态纯度与测量结果统计涨落之间的相互作用机制。研究结果揭示了近纯态表征与纯态/高度混合态表征之间微妙的差异性。
关键词： 量子信息处理、量子测量、量子层析成像
更新于2025-09-23 15:19:57
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周期性极化薄膜铌酸锂波导中高质量纠缠光子对的生成
摘要： 设计并制备了一种周期性极化薄膜铌酸锂波导，该波导在通信波长下产生纠缠光子对，具有高符合计数比（CAR>67000）、双光子干涉可见度（V>99%）以及符合单光子自相关函数（g(0)<0.025）。采用非破坏性原位诊断技术实现了三维极化质量检测。在泵浦功率低于毫瓦的情况下实现了兆赫兹量级的光子对产生速率，相比传统自发参量下转换铌酸锂器件显著简化了泵浦需求并降低了功耗。
关键词： 铌酸锂波导、量子信息处理、纠缠光子对、电信波长
更新于2025-09-23 15:19:57
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来自单模PPLN波导的具有2.5太赫兹带宽的连续波6分贝压缩光
摘要： 太赫兹（THz）带宽连续波（CW）压缩光对于通过光学延迟线干涉仪将量子处理器与时间域复用（TDM）技术集成至关重要。本研究采用基于单空间模式周期性极化ZnO:LiNbO?波导的单程光学参量放大器（OPA），该波导直接键合在LiTaO?衬底上。单程OPA可实现THz带宽，而单空间模式结构中不存在高阶空间模式有助于避免压缩光品质退化。此外，直接键合的掺锌波导具有高功率泵浦耐受性并表现出微弱的光折变损伤。利用该波导，我们通过平衡零差检测在20MHz边带观测到6.3dB的连续波压缩光。这是首次实现超过4.5dB（二维簇态生成所需阈值）的单程OPA连续波压缩光，且该压缩光展现出2.5THz的光谱带宽。这种压缩光将推动采用厘米级光学延迟线的TDM高速片上量子处理器的发展。
关键词： 太赫兹带宽、量子信息处理、压缩光、连续波、单模PPLN波导
更新于2025-09-19 17:13:59
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通过超导谐振器介导的量子点自旋之间的长程纠缠门
摘要： 最近对硅量子比特的实验表明，微波谐振器与双量子点中单个电子自旋实现了强耦合，为长程自旋-自旋相互作用开辟了可能。我们理论计算了通过谐振器耦合的远距离量子点自旋间有效相互作用，并提出一种与实验验证能力相符的快速高保真双量子比特门方案。模拟显示，在噪声环境下，自旋-自旋纠缠门在电荷量子比特上的表现显著优于腔介导门。
关键词： 超导谐振器、纠缠门、量子点自旋、量子信息处理
更新于2025-09-19 17:13:59
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声子波导辅助的硅空位中心稳态纠缠
摘要： 多粒子纠缠对量子计量学和量子信息处理具有重要意义。我们在此提出一种在固态装置中产生稳定多粒子纠缠的高效方案：将硅空位中心阵列嵌入准一维声子钻石波导中。该方案通过声子模式的连续态诱导硅空位中心之间可控的耗散耦合。研究表明，通过适当调节硅空位中心间距，利用相消干涉可消除偶极-偶极相互作用，从而实现迪克超辐射模型。这将产生具有高保真度的硅空位中心纠缠稳态。该方案为固态系统中多粒子纠缠的制备提供了可行方案。
关键词： 多粒子纠缠、量子信息处理、声学金刚石波导、量子计量学、硅空位中心、迪克超辐射模型
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 二次非线性波导谐振腔中的频率复用单共振光子对
摘要： 频率复用光子对生成技术因其在高效大规模光量子信息处理中的潜力而备受关注[1-3]。现有研究通过远低于阈值运行的光学参量振荡器(OPO)实现光子对生成——将非线性光学介质置于光学腔内或与之集成，并采用足够弱的泵浦光进行光子对产生。但据我们所知，所有先前的频率复用光子对生成方案均采用双共振OPO（同时约束信号光与闲频光）或三共振OPO（额外约束泵浦光）。本研究首次展示基于单共振(SR)OPO构型的频率复用光子对生成方案，该构型仅约束光子对的一半成分。我们采用周期性极化铌酸锂(PPLN)波导作为单片集成二次非线性波导谐振腔，在波导端面直接制备介质多层膜结构，使得仅约1600nm的信号光被约束在谐振腔内，而约1522nm的闲频光与780nm泵浦光保持非约束状态。值得注意的是，在这种单共振构型的光子对中，尽管闲频光未采用腔体结构，但其光谱仍呈现类梳状分布（与信号光相似），仿佛二者均被腔体约束。此外，该方案未出现多共振OPO构型中常见的群聚效应[4,5]所导致的频谱缺齿现象，从而实现了宽带频率复用光子对生成。该光子对发生器可结合频域光学元件[6-9]，为高效光量子信息处理与频域光子操控提供重要技术支撑。
关键词： 单共振光学参量振荡器、周期性极化铌酸锂波导、光子对产生、量子信息处理、频率复用
更新于2025-09-16 10:30:52
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通过原子-光子-声子相互作用产生单个纠缠光子-声子对
摘要： 反聚束与纠缠在量子信息处理中具有重要作用——反聚束是产生单光子（声子）的必要条件，而纠缠则是量子通信与计量学的核心资源。本文提出一种混合腔-原子-力学系统中的原子-光子-声子（三体）相互作用机制，证明在共振原子驱动条件下可同时观测到光子与声子的反聚束现象。更重要的是，所生成的单光子与声子具有强关联性并相互纠缠，即通过原子-光子-声子相互作用产生了单纠缠光子-声子对。这种单纠缠光子-声子对的生成是实现基于纠缠的量子态转移的首要步骤，该转移过程对于连接机械系统与光学系统以构建混合量子网络至关重要。
关键词： 反聚束、纠缠、原子-光子-声子相互作用、量子信息处理、混合腔-原子-力学系统
更新于2025-09-12 10:27:22
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光驱动半导体量子点中载流子-声子相互作用的独特特性
摘要： 我们研究了自组装半导体量子点中载流子-声子耦合独特性质所产生的特征。由于离散的电子能级结构，纯退相位耦合通常主导声子效应，其中两个关键特性尤为重要：量子点-声子耦合的共振特性、其随能量变化的非单调行为，以及它属于超欧姆型耦合。声子不仅在量子点中通过引入退相位产生破坏性作用，还为态制备方案等提供了新机遇。除作为研究基础物理特性的有趣模型系统外，量子点及量子点-微腔系统还是众多创新应用的热点领域。我们讨论了声子对光子器件关键性能指标（如单光子源或纠缠光子源）的决定性影响及其最新进展，这些指标涉及不可区分性、纯度和亮度等方面。总之，理解和控制半导体量子点中的载流子-声子相互作用对其在量子信息技术中的应用至关重要。
关键词： 非马尔可夫动力学、量子信息处理、光学操控、半导体量子点、载流子-声子相互作用、光子学
更新于2025-09-12 10:27:22