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具有抗多激发效应的记忆辅助量子密钥分发
摘要： 记忆辅助的测量设备无关量子密钥分发（MA-MDI-QKD）技术近期被提出，旨在利用现有或近乎可实现的量子技术来改善QKD系统的速率-距离性能。该技术的优势在于其所需的量子存储器条件比概率性量子中继器更宽松。然而早期研究表明，要超越传统无记忆QKD方案，MA-MDI-QKD协议中的量子存储器必须具备高带宽-存储积和短相互作用时间。在各类量子存储器中，基于系综的存储器能满足部分指标要求，但通常存在多重激发效应问题。为避免该缺陷，本文提出两种新型MA-MDI-QKD方案变体——均采用单光子源实现纠缠。第一种基于量子中继器中已知的纠缠分发技术，但即使使用理想单光子源也未能展现优势。通过溯源问题本质，我们继而设计出第二种方案：即便允许单光子源存在一定缺陷，该方案仍能超越单一无记忆系统。针对该方案，我们比较了不同类型基于系综存储器的密钥率表现，证明特定类别的原子系综可有效改善速率-距离特性。
关键词： 量子密码学、量子网络、量子密钥分发（QKD）、量子存储器、单光子源、量子通信
更新于2025-09-23 15:22:29
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利用贝叶斯推断提升相干量子密钥分发的密钥率
摘要： 当本振位于接收端时，激光相位噪声是连续变量量子密钥分发的主要限制因素之一。因此，改善相位噪声抑制可提高密钥生成率。本文通过实验研究了多种用于该目的的贝叶斯方法。结果表明，与先前报道的方法相比，本方法可将过剩噪声功率降低约15%。在某些场景下，这能使密钥生成率提升9倍。
关键词： 相位噪声、贝叶斯程序、量子通信
更新于2025-09-23 15:21:21
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[物理科学文献与读物] 开放量子系统 第20卷（非经典演化的动力学）|| 与量子信息交叉的开放量子系统
摘要： 本章致力于探讨开放系统理论与蓬勃发展的量子信息领域之间的联系。顾名思义，量子信息是指利用量子力学规律完成的信息任务的总称，其范畴涵盖通信、计算及基础信息理论任务。信息论思想渗透整个物理学领域并不断向外延伸。由于涉及以比特或量子比特形式进行信息的编码、传输与解码——这些过程都对周围环境极为敏感——它们为开放系统理论的运用提供了沃土。事实上，本章与下一章正是这一点的明证。
关键词： 量子信息、开放量子系统、量子计算、量子纠错、量子通信
更新于2025-09-23 15:21:01
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量子网络的多功能相对熵界限
摘要： 我们为两个参与方通过量子网络采用通用自适应通信协议共享的最大纠缠量子比特数（或私有比特数）提供了一个普适上界，该情况下经典通信的使用不受限制。尽管我们的结果沿用了Azuma等人（2016年《自然·通讯》7卷13523页）将网络划分为两部分的思路，但我们的方法放宽了其严格限制——即仅采用单一纠缠度量来量化信道生成的最大纠缠量。特别地，在我们的上界中，度量标准可针对每个信道单独选择，以实现尽可能紧致的效果。这使得我们能够对网络中每个Choi可模拟信道应用相对熵纠缠度量（该度量通常能给出最先进的上界），即使其他信道不具备此特性。我们还开发了计算工具或边界方法，用于求解具有相位旋转不变性的信道的最大相对熵纠缠度，特别是给出了量子比特振幅阻尼信道最大相对熵纠缠度的解析公式。
关键词： 量子网络，量子通信，量子信息
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过原子-光相互作用对二进制相干信号进行近最优判别
摘要： 我们通过测量与相干态经偶极耦合纠缠的原子态，对具有显著重叠的弱相干光态进行非破坏性测量来研究其判别问题。该方法将测量和判别相干光态的问题转化为寻找合适的光-原子相互作用及原子测量方案。研究表明，通过优化光-原子耦合并在原子态上进行投影测量，该方案利用场与辅助粒子间简单的Jaynes-Cummings相互作用，能使错误概率极接近判别二元量子态的终极量子极限——Helstrom界。此外，由于该测量对光态具有非破坏性，单次测量未检测到的信息可通过后续测量从测量后的光态中提取。
关键词： 赫尔斯特罗姆界、态判别、原子-光相互作用、非破坏性测量、量子通信、相干态
更新于2025-09-23 15:21:01
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全光量子隐形传态利用按需固态量子发射器
摘要： 全光量子隐形传态是量子通信科学与技术的核心。这一量子现象建立在光纠缠态的非定域特性之上，从实际应用角度看，这些纠缠态需要编码在按需产生的光子对上。然而尽管近期取得进展，在即按即用量子隐形传态方案中利用确定性量子光源仍是重大挑战。本研究朝此目标迈出重要一步，证明由砷化镓量子点按需产生的光子对可用于实现传输保真度突破经典极限（超过5个标准差）的隐形传态协议，且适用于任意输入态。此外，我们建立了与实验观测相符的理论框架，该框架定义了克服经典极限所需的纠缠度与不可区分性——这些参数与输入态无关。结果表明，按需固态量子发射器是实现实用化量子网络中确定性量子传态最具前景的候选方案之一。
关键词： 砷化镓量子点、纠缠光子对、量子发射器、量子隐形传态、量子通信
更新于2025-09-23 15:19:57
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使用非最大纠缠态的控制器无关量子双向通信
摘要： 近期，Mohapatra和Balakrishnan（《量子信息处理》16:147, 2017）提出了一种基于贝尔态的控制器无关双向量子直接通信协议。本研究证明：采用非最大纠缠态同样可实现该协议，且不损害其安全性与效率。我们利用纠缠度作为附加安全参数——如此一来，在截获重发攻击情形下，窃听者总会在协议初始阶段被检测到；而Mohapatra和Balakrishnan提出的协议中，窃听者在初始阶段未被发现的概率仍有25%。因此，本方案可采用实际可行的物理资源实现。
关键词： 非最大纠缠态、量子通信、双向通信、量子密码学
更新于2025-09-23 15:19:57
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自由空间光通信的历史视角：从早期到当今的发展
摘要： 本文综述了从史前人类火光信号到当今空间光通信的无线通信技术革命历程，系统梳理了从古希腊时期至今成熟电信领域的发展脉络。重点阐述了自由空间光通信（FSO）技术数十年来在原理、意义、验证及发展方面的演进，分析了FSO信道的主要限制因素、时空挑战及前沿应对技术，并介绍了FSO通信可靠性经典量化分析方法、射频光传输（RoFSO）与混合FSO/RF系统的发展现状。报告了FSO通信技术的先进进展，包括光自由空间波分复用（WDM）、副载波复用（SCM）、全球微波接入互操作性（WiMAX）、可见光通信（VLC）及车载可见光通信（VVLC）等。总结了深空光通信系统及下一代FSO天地一体化/全球网络架构，探讨了面向物联网/万物互联（IoT/IoE）、5G通信、移动网络、太赫兹频谱、量子通信及水下光应用的FSO系统研究挑战。基于综述，我们指出了未来研究需突破的关键问题，以充分释放FSO通信系统的潜力。
关键词： 量子通信、RoFSO（自由空间光无线通信）、SCM（副载波复用）、FSO（自由空间光通信）、物联网/万物互联（IoT/IoE）、5G、WDM（波分复用）、水下光学应用、VVLC（可见光车辆通信）、自由空间光通信、VLC（可见光通信）、WiMAX（全球微波互联接入）
更新于2025-09-19 17:13:59
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超纠缠态中偏振纠缠的纠错
摘要： 我们提出了两种利用时间-比特纠缠和频率纠缠对超纠缠态中的偏振纠缠进行纠错的方案。在这两个协议中，通过执行偏振奇偶校验操作，可以一步纠正并消除偏振部分上的比特翻转和相位翻转错误。量子通信双方能够以确定性方式获得双自由度上的最大超纠缠态。我们的纯化协议对长距离量子通信的实际应用具有重要价值。
关键词： 量子通信、超纠缠态、纠错、偏振奇偶校验操作、量子纠缠
更新于2025-09-19 17:13:59
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量子点按需产生的光子纠缠交换
摘要： 光子纠缠交换——一种无需直接相互作用即可使光子产生纠缠的流程——既是量子力学的基本验证手段，也是实现量子网络的关键资源。非经典光的概率性光源曾被用于纠缠交换的开创性演示，但量子技术应用需要"一键式"操作的量子单发射器。然而由于纠缠态生成对效率和纯度有着严苛要求，这一目标成为巨大挑战。我们在此展示了一个概念验证实验：利用砷化镓量子点按需产生无需光谱和时间滤波的偏振纠缠光子对，实现全光子纠缠交换。此外，我们开发了一个能定量复现实验数据并提供交换操作性能关键指标的理论模型。该理论分析还指明了如何改进现有纠缠光子源，以满足量子点在长距离量子通信协议中应用的要求。
关键词： 量子通信、量子点、纠缠交换、量子网络
更新于2025-09-19 17:13:59