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任意两光子六量子比特超纠缠态的并发度测量
摘要： 超纠缠是指在多个自由度上纠缠的量子系统，在量子通信领域引起了广泛关注。在实际应用超纠缠时，关键步骤是获取超纠缠的信息。本文提出了一种高效协议，用于测量任意双光子六量子比特超纠缠态的并发度——该态同时在偏振和双纵向动量自由度上纠缠。该协议仅需利用弱交叉克尔非线性和若干线性光学元件构建量子非破坏性检测门。各自由度的并发度可转化为提取特定态的成功概率。本协议在未来量子信息处理中可能发挥重要作用。
关键词： 交叉克尔非线性、量子无损检测、超纠缠、量子通信、并发度测量
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年IEEE第46届光伏专家会议（PVSC）- 美国伊利诺伊州芝加哥（2019.6.16-2019.6.21）] 2019年IEEE第46届光伏专家会议（PVSC）- 通过不同方法的后结晶处理提高高质量隧道氧化物钝化接触c-Si太阳能电池的钝化质量
摘要： 我们展示了实用的GHz时钟量子密钥分发系统、下一代纠缠量子密钥分发技术，以及用于管理安全密钥并支持多种应用的量子密钥分发平台。随后我们揭示了量子密钥分发的固有极限——即密钥率边界，并探讨如何在更长距离上实现具有更大保密容量的可证明（信息论）安全性。特别地，我们提出了表征保密容量、权衡可靠传输效率与通信保密性的物理层密码学基础理论。我们引入了一个统一光子网络中这些方案的概念，称为量子光子网络。最后讨论了实现这一新型网络范式所面临的未来挑战。
关键词： 量子通信、光子网络、量子密钥分发、量子密码学
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) - 包含时间抖动效应的单光子探测器操作描述
摘要： 离散变量量子光学作为量子技术最具前景的平台之一，其实验室外应用成果正日益增多[1]。为开发能与未来工程系统兼容的竞争性量子光子系统，光源与探测器件领域取得了重大进展[2]。当前实验操作速率成为关键制约因素——虽然时域复用技术原则上可实现GHz量级的光子源泵浦[3]，但探测环节的计时误差严重限制了超高速运行。有限的分辨率会直接影响时间关联单光子计数或量子态操控的质量[3]，特别是单光子探测器的时间抖动会导致特定光时钟周期内的计数与相邻周期计数无法区分[2]。量子隐形传态[1]、量子态工程[3]和量子随机数生成等操作都要求快速精准的时间标记。为推动技术进步并促进现有量子通信协议的新概念发展，准确描述探测器计时性能的影响至关重要。 本研究通过原创理论模型专门解决探测时域不确定性问题，该模型能描述不具备光子数分辨能力的标准单光子探测器[2]在显著计时抖动和死区时间[4]影响下的时域行为。针对不具备光子数分辨能力的常规ON/OFF探测器[2]，我们采用正算子值测量(POVM)形式体系[5]。该方法已成功用于描述具备光子数分辨能力的探测器，并实验验证了未知单光子探测器的特性[6]。我们的模型利用多模形式体系描述时域自由度，通过完全可操作的POVM描述完整呈现ON/OFF探测器的时间分辨效应，在考虑死区时间和有限探测效率影响的同时，不对入射光子数作任何先验限制。 我们将成果应用于直接光子探测、符合测量和预示量子态制备等典型量子光学实验中计时抖动效应的定量研究。例如在时间关联实验中，针对孪生光子源模型可显式表达延迟概率密度函数；该全量子方法还能通过考虑预示探测器的缺陷，推导出预示单光子生成实验[3]所得单光子态的密度矩阵。本研究通过建立存在显著计时抖动和死区时间的实际探测环节的完整可操作POVM描述，填补了实用量子技术讨论中的空白。尽管主要采用单/双光子入射的简化案例，但该形式体系能描述通用实验场景，这些特性对理解超高速量子通信中的计时抖动效应（特别是当探测器抖动与重复周期不可忽略时）具有重要价值。
关键词： 时序抖动、量子通信、POVM（正算子值测度）、量子光学、单光子探测器
更新于2025-09-16 10:30:52
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[IEEE 2019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年6月23日-27日)] 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 基于纠缠的波长复用量子通信网络
摘要： 量子网络将量子通信协议的优势扩展至两个以上远距离用户。我们在此提出一种全连接量子网络架构：通过单个纠缠光子源向多个用户分发量子态[1]。该网络架构在保障安全性与功能性的前提下，将每个用户所需的资源降至最低。由于添加用户无需对光源进行任何改造，该网络可轻松扩展至大量客户端，且无需信任量子源提供方。与以往基于有源组件（因而存在工作周期限制）的多用户网络方案不同，我们的实现完全采用无源设计，从而具备实现前所未有的量子通信速率的潜力。我们通过实验验证了该方案的可行性——使用单个双路偏振纠缠光源，将其复用至12个波长信道，在仅每个用户配备1根光纤和偏振分析?？榈奶跫?，实现了4个用户间基于完全连接图结构的6种量子态分发。
关键词： 波长复用、纠缠、量子网络、量子通信
更新于2025-09-16 10:30:52
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无需校准参考系的自纠错纠缠光子量子态传输实现高保真量子通信
摘要： 我们提出了一种无需对准的两方偏振纠缠传输方案，该方案仅使用线性光学元件，既不需要辅助光子也不需要校准参考系。该方案对随机信道噪声和参考系不稳定性均具有鲁棒性。此外，当采用主动偏振控制器时，纠缠传输的成功概率原则上可提升至100%。其结构简单、易于实施、高保真度与高效率的显著特性，使本协议在实际应用中对长距离量子通信和分布式量子网络极具价值。作为示例，我们展示了该方案在无需参考系对准的纠缠量子密钥分发协议中的应用。
关键词： 量子通信、量子密钥分发、纠缠传输、偏振纠缠光子、线性光学元件
更新于2025-09-16 10:30:52
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高级网络中的量子密码学 || 纠缠双模场的相干特性及其在全息术与通信中的应用
摘要： 本章研究了两种纠缠光子模式的相干特性及其在量子通信和全息术中的应用。提出了一种新型双光子纠缠源，该光源考虑了双光子协同发射、拉曼或激光过程中产生的两个不同模式光子间的相干性与集体现象。在自由空间与腔诱导发射条件下，提出了双光子发射或拉曼泵浦中斯托克斯与反斯托克斯模式的相关双模纠缠场的产生方案。根据这类纠缠光态的振幅与相位定义，阐述了双光子及拉曼双模相干场在通信与全息术中的应用。该方法初看与传统信息处理的经典相干态无本质差异，但当信息通过色散介质传输时（该介质会使反斯托克斯与斯托克斯光子从相干纠缠场中分离），由于光子可能分布在大量模式中（此时双模场强度平均值趋近于零），信息将严重损毁。通过不同光纤传输双模场后，我们有可能恢复共同的平方振幅与相位。
关键词： 量子双模场、量子通信、光子块间的协同效应、量子全息术
更新于2025-09-16 10:30:52
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[2019年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） - 时间与频率中的超纠缠
摘要： 超纠缠，即在一个以上自由度上的纠缠，能使希尔伯特空间尺寸呈倍数增长。这类系统虽未增加状态粒子数量，但可视为多体系统，使其在高容量量子通信和信息处理应用中极具吸引力。迄今为止，此类态仅通过完全独立且由对易算符描述的自由度组合实现，如偏振和光路。而时间和频率相互关联，由非对易算符描述。本文利用两种离散形式的能量-时间纠缠证明：通过将时频乘积提升至远超海森堡不确定极限，使时间和频率自由度实质上独立，从而可构建真正的多体超纠缠态。
关键词： 时间与频率、超纠缠、量子通信、信息处理、海森堡不确定极限
更新于2025-09-12 10:27:22
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[IEEE 2019年第21届透明光网络国际会议(ICTON) - 法国昂热(2019.7.9-2019.7.13)] 2019年第21届透明光网络国际会议(ICTON) - 量子通信中的硅光子学
摘要： 硅基量子光子学能够借助与CMOS兼容的制造技术集成大量光学元件，并实现对量子态的可靠控制，有望在未来量子通信中发挥关键作用。本次报告中，我们将介绍我们在硅基光子学量子通信领域的最新研究成果，包括高维硅芯片间量子密钥分发、芯片间量子隐形传态、高维量子纠缠的片上生成，以及面向未来测量设备无关量子通信的两种不同III-V/硅混合激光器间的Hong-Ou-Mandel干涉。
关键词： 量子纠缠、高维量子光子学、Hong-Ou-Mandel干涉、硅基光子学、量子通信、量子密钥分发
更新于2025-09-11 14:15:04
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[2019年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）- 利用单波导实现量子网络中双色光子转换
摘要： 量子通信将带来安全通信等机遇。实现这一目标需要具备量子节点和量子信道的量子网络。构建此类量子网络必须具备处理、存储及长距离传输光子的能力。单一物理系统很难同时完成所有这些操作，因此未来量子网络需要连接异质量子系统。量子信道很可能基于现有光纤网络，因其已相当成熟。该光纤网络工作在电信波长（1550纳米）——此波长下光纤损耗最小，故需电信波长的量子态。遗憾的是，目前尚无适用于电信波长的单光子源和量子存储器。频率转换技术能改变单光子波长，可将可见光/近红外单光子转为电信波长以实现长距离传输。但量子网络需要的是纠缠光子对而非单光子。量子点可通过双激子级联发射产生纠缠光子对，这种级联发射的光子通常波长略有差异。若能在单一器件上实现纠缠光子对的频率转换，将有利于构建实际应用的量子节点。我们展示了一种基于单铌酸锂波导的频率转换方案，通过不同局部温度在同一芯片上转换两种波长。该装置包含2100纳米泵浦激光器和双激子光子（894纳米与892纳米）的光纤耦合输入端口，三种波长经透镜聚焦至具有双局部温度的非线性晶体——每个区段转换一种入射波长。转换后的信号耦合进光纤并导入滤光系统，滤除残余泵浦光和噪声光子。原理验证实验采用衰减激光进行，展示了转换后的光谱。
关键词： 铌酸锂波导，频率转换，量子通信，纠缠光子对，量子网络
更新于2025-09-11 14:15:04
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碳化硅
摘要： 零磁场下的精细结构分裂使得极化自旋态的相干控制与操控成为可能。本研究通过电子顺磁共振、电子核双共振技术并结合第一性原理计算，探究了6H-SiC中S=3/2硅空位相关中心的零场分裂(ZFS)特性。我们发现这些中心不仅具有显著不同的ZFS绝对值，其符号也存在差异。这种多样性可通过其自旋密度分布的扁平/拉长特征得到合理解释，该特征可能改变自旋-光子纠缠，并表明这些中心有望应用于量子通信与量子信息处理领域的量子比特。
关键词： 量子信息处理、电子顺磁共振、电子核双共振、零场分裂、硅空位、6H-SiC、量子通信
更新于2025-09-11 14:15:04