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Laser & Optoelectronics Progress

光量子信息中相位锁定控制技术的进展(特邀)

Xueshi Guo, 丘丰豪 Qiu Fenghao, 李文奇 Li Wenqi, 李小英 Li Xiaoying

Published Jan 1, 2025• 3 citations
Publisher

Abstract

量子信息技术是量子力学与信息科学相结合的新兴学科,在计算、通信和精密测量等领域有望实现革命性进步。光量子系统具有低传输损耗和常温下低噪声耦合等优点,是量子信息技术的重要组成部分。为有效利用光量子系统的低噪声和强量子关联特性,相位锁定控制技术广泛应用于量子态的产生、模式调控和量子态探测等方面。本文综述了光量子信息领域中相位锁定控制技术的研究进展,包括该技术的原理、在光量子信息系统中的典型应用和在微弱光强条件下的实现方案,同时展望了该技术的发展方向。

DOI
10.3788/lop250884

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光量子精密测量研究进展(特邀)

王犇 Wang Ben, 张利剑 Zhang Lijian

量子精密测量作为当代量子力学的主要应用方面之一,近些年来一直是量子科技的重要研究和发展方向。量子精密测量的主要研究目标是针对物理系统中的未知参数,利用量子资源进行量子增强测量,以提升参数测量精度。与其他物理系统相比,光子系统具有相干时间长、不易受到环境干扰等优越性,因而常被用作量子信息处理的载体。以光子为基础的传感器提升传感精度是光量子精密测量的主要任务。介绍了量子精密测量的一般性原理,给出参数估计的量子极限精度下界。同时,介绍了目前光量子精密测量的理论与实验研究进展以及相应的挑战。

Chinese Journal of Lasers•Jan 1, 2024•11 citations

新型固体材料中的单光子源:从调控到集成(特邀)

刘晓婧 Liu Xiaojing, 刘越 Liu Yue, 曲广媛 Qu Guangyuan +1 more

固体材料中的单光子源是利用固态材料中的点缺陷或激子产生单光子辐射的一种量子光源,这类光源具有高稳定性、易于操作、高集成度和高效率等优点,在量子信息处理、量子传感和量子光学等领域具有广泛的应用前景。本文首先对不同类型的新型固态材料中的单光子源进行分类介绍和优劣比较,并重点探讨调控单光子源性能的常见方法和技术,包括应力工程、温度调控、电场调谐和表面等离激元耦合等。然后介绍了新型固体材料中单光子源在集成光芯片方面的最新进展与挑战,以及在量子通信、量子计算和量子密钥分发等方面的应用实例。最后总结了该研究领域目前存在的挑战和未来的发展方向,旨在为读者提供关于新型固态材料单光子源的全面而简明的概述。

Laser & Optoelectronics Progress•Jan 1, 2025•0 citations

连续变量纠缠辅助量子通信研究进展(特邀)

任思宇 Ren Siyu, 王美红 Wang Meihong, 苏晓龙 Su Xiaolong

量子通信是量子科技的重要研究方向,正在朝着实用化量子通信系统和量子通信网络方向发展。基于纠缠的量子通信能够实现经典通信系统无法完成的量子通信任务,近年来取得了系列重要进展。基于量子光场的连续变量量子通信系统具有确定性产生量子纠缠、与经典光通信系统兼容性高等优势,在量子通信领域具有广阔的应用前景。本文简要介绍连续变量纠缠辅助量子通信的基本原理和研究进展,包括连续变量量子密钥分发、量子密集编码和量子隐形传态,并讨论连续变量纠缠辅助量子通信面临的问题和挑战。

Acta Optica Sinica•Jan 1, 2025•2 citations

多光子干涉在量子计算及量子机器学习中的研究进展(特邀)

占浩 Zhan Hao, 胥亮 Xu Liang, 张利剑 Zhang Lijian

多光子干涉是由全同光子在多模线性光网络中产生的联合量子干涉效应,属于光量子系统中一类核心的非经典现象,也是光量子信息处理的重要资源。近年来,随着光量子信息技术的迅速发展,多光子干涉在通用光量子逻辑门的构建以及经典计算机难以模拟的玻色采样等量子计算任务中发挥着关键作用。其中,玻色采样能够在通用量子计算成熟之前率先展示量子优越性,因而自提出以来持续受到广泛关注。与此同时,面向光量子平台的量子机器学习架构不断涌现,致力于将多光子干涉所蕴含的计算能力与机器学习模型结合,推动具有实用价值的量子优势发展。首先,系统回顾多光子干涉的基本原理,涵盖线性光网络模型、积和式描述及玻色采样的计算复杂性;其次,重点介绍其在量子计算中的应用,包括线性光学量子计算架构、基于多光子干涉的量子逻辑门及其应用,以及玻色采样的实验进展;接着,讨论其在量子机器学习领域的创新应用,如量子核方法、光量子神经网络和光量子储备池计算等;最后,总结当前的关键挑战与瓶颈,并对其未来研究方向进行展望。

Acta Optica Sinica•Jan 1, 2025•1 citation

强激光场驱动的原子里德堡态激发及电离(特邀)

赵勇 ZHAO Yong, 周月明 ZHOU Yueming

强场飞秒激光作用于原子时,原子中的电子除了发生多光子电离、隧穿电离等过程外,还有很大的概率处于高激发态。这种高激发态的原子在超强超短激光场中非常稳定,并且与强场中的其它许多现象密切相关,例如,中性粒子加速、多光子拉比振荡、近阈值谐波辐射等,因此近十几年来是强场超快物理领域的研究热点之一。在这些研究中,强激光场中里德堡原子的产生机制、激光对里德堡态的调控、里德堡态强场电离及稳定性等,是关注的主要问题。本文将概述强激光驱动的里德堡态的产生机制,包括多光子共振激发,受挫隧穿电离等。重点介绍强激光场驱动的里德堡态原子激发过程中的多种干涉现象。这些干涉现象提供了里德堡原子强场激发的动态过程信息。同时,还将介绍激发态原子在强激光场中的电离过程,特别是圆偏光驱动的里德堡原子电离的圆二色性。

ACTA PHOTONICA SINICA•Jan 1, 2023•0 citations

基于光力学的声学量子态调控与应用的研究进展(特邀)

陈培钦 Chen Peiqin, 唐锦道 Tang Jindao, 曾李平 Zeng Liping +11 more

光力系统中的声学量子态作为研究量子技术的重要工具,在量子通信、量子计算和精密测量等领域有着重要地位。本文首先综述了光力系统中的声学量子态的发展,包括光声相互作用的基本物理过程、光力系统中声学量子态的产生与调控,并重点介绍了光力系统中的声学量子态在微波-光转换、片上信息处理、精密测量和杂化系统等应用方向的研究进展,以及存在的优势与面临的挑战。最后讨论了光声晶体中的声学量子态未来的发展方向,包括发现更多的光声耦合机制、提高光声耦合强度、突破量子极限、器件的大规模集成化制备,以及与更多其他体系杂化以扩展更多应用。

Laser & Optoelectronics Progress•Jan 1, 2025•0 citations
量子信息技术是量子力学与信息科学相结合的新兴学科,在计算、通信和精密测量等领域有望实现革命性进步。光量子系统具有低传输损耗和常温下低噪声耦合等优点,是量子信息技术的重要组成部分。为有效利用光量子系统的低噪声和强量子关联特性,相位锁定控制技术广泛应用于量子态的产生、模式调控和量子态探测等方面。本文综述了光量子信息领域中相位锁定控制技术的研究进展,包括该技术的原理、在光量子信息系统中的典型应用和在微弱光强条件下的实现方案,同时展望了该技术的发展方向。
量子精密测量作为当代量子力学的主要应用方面之一,近些年来一直是量子科技的重要研究和发展方向。量子精密测量的主要研究目标是针对物理系统中的未知参数,利用量子资源进行量子增强测量,以提升参数测量精度。与其他物理系统相比,光子系统具有相干时间长、不易受到环境干扰等优越性,因而常被用作量子信息处理的载体。以光子为基础的传感器提升传感精度是光量子精密测量的主要任务。介绍了量子精密测量的一般性原理,给出参数估计的量子极限精度下界。同时,介绍了目前光量子精密测量的理论与实验研究进展以及相应的挑战。
固体材料中的单光子源是利用固态材料中的点缺陷或激子产生单光子辐射的一种量子光源,这类光源具有高稳定性、易于操作、高集成度和高效率等优点,在量子信息处理、量子传感和量子光学等领域具有广泛的应用前景。本文首先对不同类型的新型固态材料中的单光子源进行分类介绍和优劣比较,并重点探讨调控单光子源性能的常见方法和技术,包括应力工程、温度调控、电场调谐和表面等离激元耦合等。然后介绍了新型固体材料中单光子源在集成光芯片方面的最新进展与挑战,以及在量子通信、量子计算和量子密钥分发等方面的应用实例。最后总结了该研究领域目前存在的挑战和未来的发展方向,旨在为读者提供关于新型固态材料单光子源的全面而简明的概述。
量子通信是量子科技的重要研究方向,正在朝着实用化量子通信系统和量子通信网络方向发展。基于纠缠的量子通信能够实现经典通信系统无法完成的量子通信任务,近年来取得了系列重要进展。基于量子光场的连续变量量子通信系统具有确定性产生量子纠缠、与经典光通信系统兼容性高等优势,在量子通信领域具有广阔的应用前景。本文简要介绍连续变量纠缠辅助量子通信的基本原理和研究进展,包括连续变量量子密钥分发、量子密集编码和量子隐形传态,并讨论连续变量纠缠辅助量子通信面临的问题和挑战。
多光子干涉是由全同光子在多模线性光网络中产生的联合量子干涉效应,属于光量子系统中一类核心的非经典现象,也是光量子信息处理的重要资源。近年来,随着光量子信息技术的迅速发展,多光子干涉在通用光量子逻辑门的构建以及经典计算机难以模拟的玻色采样等量子计算任务中发挥着关键作用。其中,玻色采样能够在通用量子计算成熟之前率先展示量子优越性,因而自提出以来持续受到广泛关注。与此同时,面向光量子平台的量子机器学习架构不断涌现,致力于将多光子干涉所蕴含的计算能力与机器学习模型结合,推动具有实用价值的量子优势发展。首先,系统回顾多光子干涉的基本原理,涵盖线性光网络模型、积和式描述及玻色采样的计算复杂性;其次,重点介绍其在量子计算中的应用,包括线性光学量子计算架构、基于多光子干涉的量子逻辑门及其应用,以及玻色采样的实验进展;接着,讨论其在量子机器学习领域的创新应用,如量子核方法、光量子神经网络和光量子储备池计算等;最后,总结当前的关键挑战与瓶颈,并对其未来研究方向进行展望。
强场飞秒激光作用于原子时,原子中的电子除了发生多光子电离、隧穿电离等过程外,还有很大的概率处于高激发态。这种高激发态的原子在超强超短激光场中非常稳定,并且与强场中的其它许多现象密切相关,例如,中性粒子加速、多光子拉比振荡、近阈值谐波辐射等,因此近十几年来是强场超快物理领域的研究热点之一。在这些研究中,强激光场中里德堡原子的产生机制、激光对里德堡态的调控、里德堡态强场电离及稳定性等,是关注的主要问题。本文将概述强激光驱动的里德堡态的产生机制,包括多光子共振激发,受挫隧穿电离等。重点介绍强激光场驱动的里德堡态原子激发过程中的多种干涉现象。这些干涉现象提供了里德堡原子强场激发的动态过程信息。同时,还将介绍激发态原子在强激光场中的电离过程,特别是圆偏光驱动的里德堡原子电离的圆二色性。
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