西安邮电大学通信与信息工程学院（人工智能学院），陕西 西安 710121
核方法在机器学习中有广泛的应用。量子计算与核方法结合，可以有效解决经典核方法中当特征空间变大时计算成本随之增加的问题。研究表明，基于核方法构建的最小化量子电路可以可靠地在含噪声的中型量子设备上执行。目前已提出的一些基于量子核方法的分类器在充分映射数据以及电路架构等方面仍存在一定的缺陷。因此，提出了一种基于多项式核函数的紧凑型量子分类器。首先通过引入多项式核函数，提升了非线性数据的分类迭代速率，从而提升了分类效率；在此基础上进一步提出紧凑型振幅编码，将量子态相对应相位的数据标签编码。相比于已有的量子核方法分类器，所提模型的量子电路的编码位数可以从5个量子比特减少到3个量子比特，而且，所提模型将已有方法中的双量子位测量简化为单量子位测量。此外，该模型在测量阶段的量子电路参数达到了最优方差，可以有效节省计算资源开销。实验仿真表明，所提分类器模型中的期望值更接近理论值，且获得了更高的分类精度，同时该模型具有较低的纠缠度，有效降低了整个准备工作的开销。
量子信息处理 核方法 紧凑型振幅编码 纠缠度 激光与光电子学进展
2024, 61(9): 0927002
1 西南技术物理研究所 量子研究中心，四川 成都 610046
2 电子科技大学 基础与前沿研究院，四川 成都 611731
3 长春理工大学 高功率半导体激光器实验室，吉林 长春 130013
量子科技的发展多年来得到了光电技术的有力支撑，笔者团队由此进行了一系列光电量子器件的研究和开发。为在光纤量子通信中实现单光子信号的按需产生，笔者设计了几种微纳柱型光腔-量子点单光子源；发展了频分复用技术，研制了高纯度、高全同的宣布式单光子源；利用GaN缺陷的单光子特性，制备了室温量子随机数发生器。笔者优化周期极化铌酸锂的级联波导结构设计，大幅提升了通信波段量子纠缠光源性能，使保真度高于97%，噪声特性提高10倍；设计和制备Si3N4微环腔纠缠源器件，实现了99%的干涉可见度，展示了芯片集成量子光源的技术可行性；应用所制备的纠缠光源，实现了数十千米光纤基量子密钥分发和量子隐形传态。笔者发展了单光子探测器制造工程，研制了用于太阳光谱量子测量的低噪声高速雪崩单光子探测器和用于量子成像的128×32及以上规模的雪崩焦平面单光子探测器。笔者制备了光纤基量子存储器，实现了1 650个光子模式的有效存储；研究了光机械量子器件的原理机制，探索了纳米光机电系统用于量子精密测量的技术前景。希望以上综述为未来量子信息网络的发展提供研究参考和技术储备。
光电子学 量子器件 量子信息 单光子 量子纠缠 量子网络 optoelectronics quantum device quantum information single photon quantum entanglement quantum network 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230560
1 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室 上海 200062
2 中国科学院超强激光科学卓越创新中心 上海 201800
3 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
由于原子相干性可以增强光学非线性效应,基于原子系综的四波混频过程是产生压缩态和纠缠态的一项有前景的技术。光参量放大器中的相敏放大器的增益随输入信号相位的变化而变化,且相敏放大过程具有低噪声特性。因此,基于原子系综的相敏四波混频过程在实际应用中有着潜在的应用价值。本文介绍了基于原子系综的相敏四波混频过程的理论方案,概述了该系统输出光场的量子特性,综述了基于原子系综的相敏四波混频过程在实验上的应用,包括在双模相敏放大器中利用干涉诱导增强了量子压缩,对双模相敏放大器的相位进行操纵以实现两种类型的纠缠,以及用直接强度探测法测量明亮注入SU(1,1)干涉仪的相位灵敏度。
四波混频 相敏放大器 量子压缩 量子纠缠 four-wave mixing phase-sensitive amplifier quantum squeezing quantum entanglement 量子光学学报
2023, 29(2): 020001
华东师范大学 物理与电子科学学院 上海 200241
本文在理论上提出了一种由非线性分束器和线性合束器构成的量子混合干涉仪,其中非线性分束器是由非线性参量过程结合量子压缩源的线性相干反馈构成,用于提高量子混合干涉仪相位灵敏度。具体而言,光学参量放大输出的光束与量子压缩源线性反馈至输入端,获得一对纠缠度可控的双模压缩光束,结合线性合束器,构建反馈型量子混合干涉仪。结果表明,相比于无反馈量子混合干涉仪,本方案通过调节反馈强度至合适区间,可以在增加相敏光子数实现干涉信号强度提高的同时,增强两干涉臂之间纠缠度进而减小干涉噪声。此外,将压缩真空态作为反馈环结构的输入态,能够进一步降低探测信号的噪声。因此,本方案从以上三个方面有效地提升混合干涉仪的测量灵敏度,甚至在有损的情况下,相比于无反馈情形,该反馈型量子混合干涉仪仍具有更好的相位灵敏度,表现出更好的抗损能力,有望应用在量子精密测量领域。
相干反馈 量子纠缠 干涉仪 相位灵敏度 coherent feedback quantum entanglement interferometer phase sensitivity 量子光学学报
2023, 29(2): 020202
1 西安邮电大学通信与信息工程学院（人工智能学院），陕西 西安 710121
2 西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室，陕西 西安 710071
量子卫星通信是全球化量子保密通信网的重要组成部分。为了研究降雪对量子卫星通信性能的影响，首先基于雪粒子的Gamma谱分布函数及Mie散射理论，建立了降雪环境下光量子的能量衰减模型；然后分别研究了降雪强度等参数与星地链路的保真度、信道建立速率和信道纠缠度之间的关系，并进行了数值仿真；最后为准确模拟降雪干扰对星地链路通信性能的影响，引入了加权噪声信道模型，分析了降雪对加权噪声信道容量的影响。结果表明，降雪强度对光量子能量及保真度都有显著的影响：当传输距离为、降雪强度由2.82 增加到8.71 时，纠缠度由0.738衰减到0.206；当降雪强度由增加至时，信道建立速率由16.84 pair/s减小至7.76 pair/s；当传输距离为、降雪强度从增大到时，加权噪声信道容量由0.6207减小至0.3547。因此，降雪对量子卫星通信系统的影响不容忽视，需要根据降雪等级情况，采取相应调整策略保证通信的可靠性和有效性。
量子光学 降雪 纠缠度 信道建立速率 保真度 加权噪声信道 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2327001
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
在87Rb冷原子系综中通过自发拉曼散射过程产生原子自旋波与光子的关联, 利用偏振干涉仪将与磁敏感自旋波关联的Stokes光子的两个空间模式编码为一个偏振量子比特, 产生磁敏感自旋波与光子的纠缠源。采用近共线装置和精确补偿地磁场, 纠缠源的寿命达到900s, Bell参量S=2.58±0.03。
光与原子纠缠源 磁敏感自旋波 纠缠寿命 偏振干涉仪 atom-photon entanglement magnetically field sensitive spin-wave entanglement lifetime polarization interferometer 量子光学学报
2023, 29(1): 010601
1 广东白云学院教育学院 广东 广州 510450
2 湖北师范大学物理与电子科学学院 湖北 黄石 435002
3 中国科学院量子信息重点实验室 安徽 合肥 230026
本文研究了具有两种三体相互作用的海森堡XXZ自旋链的量子相干与量子纠缠的特性。研究发现, 量子相干性不会出现突然死亡现象且非零量子相干性存在的温度范围大于量子纠缠存在的温度范围, 说明量子相干性相对于量子纠缠, 具有更强的鲁棒性。在量子临界环境中, 量子相干性可以表征本模型的量子相变现象。在铁磁情形中, 无论外磁场是否为0, 单独调控XZX+YZY三体相互作用对于减缓量子相干性的衰减速率与增大量子相干性存在的温度范围效果最好。在反铁磁情形中, 外磁场为0时, XZX+YZY与XZY-YZX两种三体相互作用的协同作用可以显著增加量子相干性的最大值, 并明显减缓其衰减速率。在铁磁情形与反铁磁情形中都发现当外磁场B<0时, 量子相干性存在的温度范围更大, 更有利于保存量子相干性。
量子光学 三体相互作用 量子相干 量子纠缠 quantum optics three-site interaction quantum coherence quantum entanglement 量子光学学报
2023, 29(1): 010102
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 移动通信教育部工程研究中心，重庆 400065
为了提高纠缠光量子成像效率，本文采用双步符合计数法快速获取目标成像信息，降低纠缠光量子成像的时间开销。首先，利用透镜和波片组合对激光器产生的泵浦光进行调制，提高周期极化磷酸氧钛钾（PPKTP）晶体自发参量下转换的效率；然后，通过数字微镜器件（DMD）选取测距区域，构造单光子时间脉冲序列差值；其次，利用该差值完成局部符合计数以得到信号和参考光路的延时差；再次，通过控制DMD选取成像区域，对单光子时间脉冲序列进行修正，并利用修正后的序列完成全局符合计数；最后，将符合计数值与灰度值进行映射，得到目标的量子图像。此外，通过与经典量子成像结果相比较，分析了目标距离、测距区域大小和单像素曝光时间对成像结果的影响，同时搭建了实际的量子成像光路以验证本文方法的有效性。
量子纠缠 量子成像 符合计数 数字微镜器件 成像效率 光学学报
2023, 43(20): 2027003
1 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210044
随着水下无线通信的发展，关于海洋环境量子通信的研究也逐渐成为热点。其中，研究海洋气泡对光量子在水下传输的影响具有重要意义。为了研究海洋气泡对水下量子通信信道性能的影响，根据海洋气泡的粒径分布模型，研究了气泡的散射特性，并根据气泡的消光系数，分析了不同条件参数对链路衰减、纠缠度、信道容量以及信道误码率的影响，并进行了仿真实验。结果表明：气泡浓度和传输距离的增大，使链路衰减和误码率增加，对于幅值阻尼信道、退极化信道和比特翻转信道，其信道容量均有所减小；随着气泡半径的增大、深度的减小，信道纠缠度降低。由此可见，海洋气泡对量子通信性能的影响不可忽略，在实际应用中为了保障水下量子通信的传输效率，应适当调节水下量子通信相关参数，减小海洋气泡环境对通信系统的影响。
海洋气泡 水下量子通信 链路衰减 信道纠缠度 信道容量 光学学报
2023, 43(18): 1806001
