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基于双光子四量子比特系统的高容量量子通信忠实纠缠纯化
摘要： 由于光子系统的高维纠缠在高容量量子网络中展现出诸多独特优势，超纠缠纯化协议（hyper-EPP）已成为关键研究课题，其实现质量近期备受关注。本文首次提出针对双自由度非局域双光子系统的保真超EPP理论方案，通过构建多个保真度鲁棒的量子电路来实现超编码光子处理。该保真超EPP能有效校正偏振与空间模式自由度的比特翻转错误，通过多次执行超EPP原则上可实现双自由度的最大超纠缠。此外，保真度鲁棒量子电路、奇偶校验量子非破坏探测器及SWAP门确保该协议可靠运行——实际散射产生的误差会被转化为可检测的失效而非保真度损失。该方案可直接扩展用于纯化单偏振/空间模式自由度纠缠光子系统，以及偏振与多空间模式自由度超纠缠系统。
关键词： 超纠缠、SWAP门、量子通信、量子电路、纠缠纯化
更新于2025-09-11 14:15:04
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具有任意先验概率的三态最优测量策略
摘要： 我们研究了具有任意先验概率的三态量子比特系综的状态判别最优测量策略。该方法能产生最小可实现的错误概率，同时也实现了最大置信度策略。尽管文献中已考虑过多种对称情形并提出了求解技术，但据我们所知，这是继最简单且广为人知的两态案例之后，针对最小错误率这一评价指标的第二个此类闭合形式、解析式、任意先验概率的解决方案示例。
关键词： 量子测量，量子通信，量子信息
更新于2025-09-10 09:29:36
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量子网络的通用光子量子接口
摘要： 对介观量子系统的深入研究增进了我们对量子物体的认知与控制能力，使得构建由多个物理系统组成的通用量子网络成为可能。这类量子网络有望支撑长距离量子通信和分布式量子计算机等量子基础设施的建设，并推动与各类物理系统兼容的光子量子接口的建立。本研究利用特制纠缠光子源的独特优势，实验性开发出一种通用光子量子接口。详细实验结果表明，该配置能满足光子量子接口的所有关键需求——包括工作波长与带宽的精确匹配，特别是其纠缠性能（保真度F=89.6%，贝尔参数S=2.36±0.03）。这种通用光子量子接口的实现将加速更复杂量子网络的构建，并成为光学工程与控制领域的重要突破。
关键词： 光子量子接口、分布式量子计算、量子网络、纠缠光子源、量子通信
更新于2025-09-10 09:29:36
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具有正部分转置态中的高维纠缠
摘要： 真正的高维纠缠（即具有高施密特数的特性）是量子通信中的一种关键资源，能够克服低维系统的局限性。部分转置正（PPT）态通常被认为弱纠缠，因为它们永远无法提纯为纯纠缠态。这自然引出一个问题：PPT态是否可能具有高施密特数？体积估计表明，在局部维度上实现最优（即线性）标度是可能的，尽管未揭示可能的斜率。我们首次明确构造了一类在局部维度上实现线性标度的PPT态族，并证明随机PPT态通常具有这一特征。我们的构造还使我们能够证明Chen等人近期关于存在PPT态的猜想——这些态在部分转置后其施密特数可任意大幅增加。最后，我们将施密特数与量子态的纠缠子块矩阵联系起来，利用这种关联证明：(i) 在两个子系统中最小者上部分转置不变的量子态，或(ii) 绝对PPT态都不可能具有最大施密特数。总体而言，我们的发现为纠缠理论中的一些基本问题提供了新见解。
关键词： 施密特数、高维纠缠、纠缠理论、PPT态、量子通信
更新于2025-09-10 09:29:36
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利用封闭机械子系统扩展固态自旋的声子量子网络
摘要： 在片上量子通信领域，声子量子网络相比光子网络具有显著优势，为开发基于稳健固态自旋量子比特的量子计算机提供了有前景的平台。然而包含一维离子链等大型机械网络存在固有且众所周知的扩展性问题。此外，传统声子量子网络必需的手性声子过程在固态系统中难以实现。为攻克这些看似无解的障碍，我们开发了一种新型网络架构——将大型机械网络分解为小型闭合机械子系统。该架构在金刚石声子纳米结构中实现，其特色是具有特殊设计带隙的交替声子晶体波导。实施方案还包括通过声子辅助跃迁与色心耦合的纳米机械谐振器，以及能抵抗热环境干扰的量子态转移协议。
关键词： 量子通信、金刚石声子纳米结构、声子量子网络、量子态转移、固态自旋量子比特
更新于2025-09-10 09:29:36
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金刚石中四波混频氮空位中心的聚束与反聚束现象
摘要： 通过光子聚束与反聚束等类似现象确定经典态与量子态，可能在量子信息处理和长距离量子通信中具有潜在应用。我们报道了利用金刚石中的氮空位（NV）中心，在室温下产生多阶荧光和四波混频（FWM）时观测到的光子聚束与多重反聚束类现象。通过FWM过程，我们展示了纳米晶体NV中心在经典、非经典及中间（经典与非经典混合）状态下产生的干涉图样。系间窜越由入射光束的注量控制。NV?主导电离至NV?以及NV?至NV?的干涉图样分别表明了光子的聚束与反聚束类现象。
关键词： 反聚束、量子信息处理、量子通信、金刚石、四波混频、光子聚束、NV色心
更新于2025-09-10 09:29:36
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室温下实现量子通信的长寿命非经典关联
摘要： 具有按需读出功能的光子先导单光子源是分布式光子网络的关键使能技术。这类光源已在低温固态和冷原子系统中得到验证。实际的长距离量子通信可能受益于采用室温原子蒸气等工艺简单的系统。然而，原子运动迄今已将此类系统中的单激发寿命限制在微秒量级。本文我们展示了在温铯蒸气中产生的单集体激发的有效先导与读出。通过运用运动平均原理，我们实现了0.27±0.04毫秒的集体激发寿命，比先前室温光源中单激发的最佳记录提高两个数量级。通过观测柯西-施瓦茨不等式违反（R=1.4±0.1>1），我们实验验证了光-物质关联的非经典性。通过光谱和时间分析，我们研究了限制该光源单光子运行的读出噪声。
关键词： 量子通信、室温原子蒸气、运动平均、非经典关联、单光子源
更新于2025-09-09 09:28:46
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基于纠缠交换的多方量子密钥协商协议
摘要： 安全且公平的多方量子密钥协商协议要求所有参与者以平等权利共同影响和协商共享密钥，任何人都无法单独确定该共享密钥。为确保安全性与高效率，本文提出一种基于贝尔态与G类态之间纠缠交换的新型多方量子密钥协商协议。该协议充分利用贝尔态和G类态作为量子资源，通过贝尔测量、Z基测量及酉操作来生成共享密钥。研究表明，所提出的多方量子密钥协商协议具有安全性与公平性，且相较于其他某些协议更为简洁高效——尤其当协议参与方数量足够大时。此外，该协议可基于现有物理技术实现。
关键词： G类态、量子通信、贝尔态、多方量子密钥协商协议、纠缠交换
更新于2025-09-04 15:30:14
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通过光谱纠缠和附加色散改进的量子通信
摘要： 许多量子通信协议的实现需要光子对源。然而，针对特定应用优化这些光子的特性仍是一个悬而未决的问题。我们通过理论证明：当爱丽丝与鲍伯不具备全局时间参考基准时，利用光子对源和标准光纤，通过调控光子对内的光谱关联并优化传输链路中的色度色散，可以延长安全量子通信的最大距离。与典型预期相反，我们发现某些情况下引入额外色散反而能增加安全通信距离。
关键词： 量子通信、安全通信距离、色度色散、光子对、光谱纠缠
更新于2025-09-04 15:30:14
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迈向全球导航卫星系统的量子通信
摘要： 基于卫星的量子通信（QC）是实现全球规模量子网络的重要资源。在这方面，使用远超近地轨道的卫星具有与地面站长时间通信的优势。然而，高轨道卫星由于光通道的高衍射损耗带来了巨大的技术挑战，此类量子通道的实验研究仍十分缺乏。在此，我们通过利用安装在GLONASS卫星上的逆反射器阵列，首次实现了从全球导航卫星系统（GNSS）在20000公里斜距上传输单光子的实验交换。我们还观察到了由于阵列几何形状导致的反射脉冲预测时间展宽。最后，我们估算了GNSS卫星上主动源的需求，旨在利用最先进技术实现GNSS的量子通信。
关键词： 全球导航卫星系统、量子密钥分发、量子通信
更新于2025-09-04 15:30:14