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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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用于单光子量子存储的弱相干脉冲
摘要： 为测试量子网络元件的效率，常采用衰减激光脉冲替代单光子。本研究从理论上分析了沿传输线传播并入射至高精细度腔镜的衰减光脉冲（其强度处于单光子水平）的存储动力学过程。该存储通过将光子激发受控转移至腔内原子的亚稳态实现，此过程借助精心设计的拉曼跃迁激光脉冲完成——该脉冲既驱动原子运动，又最大限度降低腔镜反射。我们测定了采用单光子存储优化方案所达到的弱相干脉冲存储效率，确定了关键性能指标，并明确了任意脉冲在何种条件下其存储动力学趋近于单光子情形。本理论框架可推广至各类输入脉冲及由自旋系综构成的量子存储器，为制定最优存储与读出方案奠定了基础。
关键词： 存储效率、单光子、弱相干脉冲、量子网络、量子存储器
更新于2025-09-23 15:21:21
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加强多测量下的熵不确定性关系并将其应用于量子相干性
摘要： 不确定性原理限制了我们同时预测量子粒子上两个不相容可观测量值的能力。该原理有多种表述形式。在量子信息理论中，它通过熵量度来表达。若将粒子视为与主粒子存在量子关联的记忆体，其不确定度界限就会发生改变。本研究提出了一种方法，用于将无量子记忆条件下的熵不确定关系转化为有量子记忆条件下的对应关系。研究表明，该方法获得的不确定度下界比现有成果更为严格。该方法还被用于推导存在量子记忆时多次测量的不确定关系。此外，针对给定态，利用存在量子记忆的不确定关系给出了单边相干性相对熵之和的下界，并论证了哪种下界更严格。
关键词： 量子存储器、熵不确定性关系、量子相干性、多次测量
更新于2025-09-23 15:21:21
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在最小条件下存储射频光子
摘要： 我们研究了在材料介质中相干存储射频脉冲的最小条件。选择商用石英作为存储介质，因其是具有高Q因子的广泛可用元件。通过模拟开关动态调节光-物质耦合实现脉冲存储，这种对石英动力学的参量驱动也可解释为停光实验。通过优化脉冲时间形状，我们获得26%的效率、209微秒的存储时间及98的时间-带宽积，并验证了存储的相干特性。我们的目标是将射频与光学域的不同类型存储器连接用于量子信息处理，其动机本质上是基础性的。
关键词： 量子存储器、石英谐振器、射频光子
更新于2025-09-23 15:21:01
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单个腔内原子对单光子的最优存储
摘要： 我们理论分析了单光子量子存储的效率。光子沿传输线传播并入射到高精细度腔体的其中一个镜面上。该量子存储器由光学谐振腔内的单个原子构成，通过受控地将光子激发转移到原子的亚稳态来实现光子存储，这一过程借助经过特殊设计的激光脉冲驱动原子产生拉曼跃迁实现。我们的研究基于数值模拟，其中纳入了传输线的模式参数，并采用现有实验装置的实测参数。该模拟在相应参数范围内复现了输入-输出理论推导的结果，且可扩展应用于输入-输出形式体系无法直接处理的动力学计算场景。我们的分析确定了最大存储效率——即在自发衰减和腔体寄生损耗存在时，将光子稳定存储于原子激发态的最大概率。研究还给出了通过部分补偿寄生损耗来实现最大效率的激光脉冲形式。我们通过数值计算评估了基于绝热动力学的存储方案优于非绝热脉冲的条件，并系统性地确定了随系统参数变化的高效存储最短光子脉冲时长。
关键词： 单光子、三能级系统、存储效率、光学腔、单原子、量子存储器
更新于2025-09-23 15:21:01
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多量子比特系统中的量子信息胶囊与纠缠导致的信息非定域化
摘要： 纠缠的多量子比特系统将信息存储在哪里？对于注入量子比特的信息而言，这个问题既非平凡又很有趣，因为纠缠会使信息非定域化。迄今为止，一种常见的图景是量子比特与其纯化伙伴以量子力学方式共享信息。在此，我们提出了一种新图景：相关空间中的单个量子比特（称为量子信息胶囊，QIC），它能完美地约束信息。该图景适用于任意状态的纠缠多量子比特系统。与伙伴图景不同，在QIC图景中，通过交换单体态并保持其他子系统不变，就能从系统中完整提取出全部信息。经过交换过程后，系统中不再残留任何信息。
关键词： 量子信息、量子存储器、黑洞信息丢失问题、量子纠缠
更新于2025-09-24 03:14:59
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基于四节点线性混合簇态的受控逻辑门
摘要： 在大量计算的情况下，可能会出现需要将计算中间结果存储一段时间的情形。本工作展示了如何创建混合原子-场簇态并构建受控门，使得计算结果记录在原子系综的长寿命自由度上，从而能够实现长期存储。
关键词： 簇量子态、受控逻辑门、单向计算、量子存储器
更新于2025-09-16 10:30:52
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飞秒激光写入的Tm3?:YAG晶体中凹陷包层波导2×2、1×2及3×3定向耦合器
摘要： 基于离子掺杂晶体的紧凑型分束耦合器件在经典与量子集成光子学领域具有广泛应用前景。本研究通过飞秒激光直写技术在Tm3?:YAG晶体中制备了凹陷包层波导二维2×2、1×2及三维3×3定向耦合器。810纳米波长下的性能测试表明：这些耦合器具有单模传输特性、偏振不敏感特性以及精确匹配的分光比。该成果为晶体中三维电路与器件的优质制备开辟了新途径。
关键词： 晶体，飞秒激光写入，定向耦合器，凹陷包层波导，集成光子学，钇铝石榴石，量子存储器
更新于2025-09-12 10:27:22
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双量子点的自旋-轨道耦合量子存储器
摘要： 量子记忆的概念在量子信息理论中起着深刻作用。正如近期几项严格的数学研究证实的那样，存在于双体系统ρAB中的量子记忆能够在对部分A进行测量后，降低关于部分B的不确定性。在本工作中，我们将这一概念拓展至具有自旋-轨道耦合的系统，并引入自旋-轨道量子记忆的概念。我们自洽地研究了具有自旋-轨道耦合的系统的Uhlmann保真度、测量前后的纠缠熵以及测量后的条件量子熵，结果表明对自旋子系统进行的测量会降低轨道部分的不确定性。所揭示的效应随着自旋-轨道耦合强度的增强而增强。我们研究了Leggett和Garg[Phys. Rev. Lett. 54, 857 (1985)]提出的宏观实在性概念，并观察到在特定方案下对该系统进行的POVM测量是非侵入性的。对于扩展系统，我们进行了量子蒙特卡罗计算，并考虑了外部电场导致的电子密度重排。
关键词： 量子蒙特卡罗法、自旋-轨道耦合、纠缠熵、POVM测量、条件量子熵、量子存储器、乌尔曼保真度
更新于2025-09-12 10:27:22
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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(2019.6.23-2019.6.27)] 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 梯度回波存储器中存储亚兆赫兹单光子研究
摘要： 量子中继器是建立全球通信网络所需长距离量子信道的基础。能够存储光学量子态的量子存储器是量子中继器的核心组件。目前已研究了多种实现光学量子存储的机制，从简单的光学延迟线到复杂的光子回波方案不等。本文研究的方案是梯度回波存储器(GEM)。实践证明GEM是目前最高效的存储方案之一——在87Rb冷原子系综中运行时，其回忆效率可达87%，相干时间长达1毫秒。由于此前没有单光子源能满足该存储协议严苛的光谱要求（特别是需要87Rb原子跃迁处亚兆赫线宽的光子），GEM研究仅采用弱相干脉冲进行。我们利用腔增强自发参量下转换(SPDC)技术，开发出了带宽为429±10kHz的兼容光源——据我们所知，这是迄今SPDC产生的最窄线宽单光子。通过与该光源集成，首次实现了GEM的单光子存储，并使其单光子级特性得以最终探究。单光子量子存储器为将该系统用作量子光学门开辟了前景：在量子存储器中同时存储多个单光子态时，可能因交叉相位调制产生光子-光子相互作用。
关键词： 单光子源、梯度回波存储器、量子中继器、亚兆赫线宽光子、量子存储器
更新于2025-09-11 14:15:04