超导量子电路是开发可扩展量子计算机最有前途的解决方案之一。超导电路采用超导制造技术和微波技术制造而成,尺寸从几微米到几十米不等,在低温下表现出叠加和纠缠等独特的量子特性。本书全面、完整地介绍了超导量子电路的世界以及它们在当前量子技术中的应用。作者首先描述它们的基本超导特性,然后探讨它们在量子系统中的应用,展示它们如何模拟单个光子和原子,并最终在高度连接的量子系统中表现为量子比特。特别关注这些超导电路在量子计算和量子模拟中的前沿应用。这本通俗易懂的教材是为研究生和初级研究人员编写的,包含大量家庭作业和例题。
在此期间,实用工作通常在物理课程中使用,以使学生参与积极的学习和观察过程[3]。量子光学实验的问题是,由于它们的复杂性很高,对光学调整的敏感性,它们很难在教室中部署,并且由于使用电光系统和激光器而可能构成安全问题。它们通常非常昂贵,并在远离教室的“研究”环境中部署。在实验会话中,学生的操作通常仅限于对光学组装的选定部分进行微调以减轻任务的复杂性。实验的一般图片通常会丢失,因为学生仅尝试整个现象的一小部分。此外,在实际安装中,电源电缆和信号的多样性以及所有混乱视觉空间的测量/控制仪器都会破坏对要掌握的基本概念的整体理解。
量化的电磁波(称为光子)对于基本物理效应(例如热辐射或光的自发发射)是中心的。光子之间的量子相干性证实了量子力学的最惊人的预测。这也彻底改变了密码学和高精度感测。该课程的目的是发展基本理论,并在强调量子技术中应用光子与材料的相互作用的深度知识。
Div> A Institute of Health and Analytics, Petronas Technology University, Silver, Malaysia B Institute of Autonomous Systems, Petronas Universiti Technology, Silver, Malaysia C Department of Electrical and Electronic Engineering, Universiti Technology Petronas, Silver, Malaysia D Department of Neuroscience Electronique, Informatique et image (LE2I), ERL Vibot CNRS 6000, Universite de Bourgogne, France
几十年前,量子光学元件通过表现出没有经典等效的光线而成为物理的新领域。第一次研究涉及仅涉及一种或两种模式的电磁场的单个修饰,挤压状态,双束和EPR状态。然后,量子光的性质的研究沿越来越复杂和丰富的情况的方向发展,涉及许多空间,时间,频率或极化模式。实际上,电磁场的每种模式都可以视为单个量子的自由度。然后,使用非线性光学器件的技术进行逐步不同的模式,从而以受控的方式构建量子网络(Kimble,2008),其中节点是光学模式,并且赋予了强大的多部分纠缠。此外,此类网络可以很容易地重新发现,并且仅受到弱分解。他们确实打开了许多有前途的光学通信和计算观点。由于麦克斯韦方程的线性性,两种模式的线性叠加是另一种模式。这意味着“模态叠加原理”与常规量子状态叠加原理握手。本评论的目的是表明以全球方式考虑多模量子光的这两个方面的兴趣。确实使用不同的模式集可以在不同的角度考虑相同的量子状态:一个给定的状态可以纠缠在一个基础上,以另一种分解。我们将证明存在一些属性,这些属性在选择模式的基础选择方面存在不变。我们还将提出找到描述给定多模量子状态所需的最小模式集的方法。然后,我们将展示如何产生,表征,量身定制和使用多模量子光,考虑在这种光和两光子重合的光和模态方面的损失和放大的影响。切换到量子技术的应用程序,我们将在这篇评论中表明,不仅可以找到可能改善参数估计的量子状态,而且还可以找到这些状态“实时”的最佳模式。我们将最终介绍如何使用此类量子模态网络进行基于测量的量子计算。
连续变量 (CV) 类型的多模量子光学是许多量子应用的核心,包括量子通信 [1、2]、量子计量 [3] 以及通过团簇态 [5-7] 进行的量子计算 [4]。处理多模光学系统的核心步骤是识别所谓的超模 [8-10]。这些是原始模式的相干叠加,使描述系统动力学的方程对角化,并允许将多模 CV 纠缠态重写为独立压缩态的集合 [11]。超模知识对于优化对状态的非经典信息的检测[8,9,12]、在光频率梳[13-15]或多模空间系统[16]中生成和利用 CV 团簇态以及设计复杂的多模量子态[17,18]都是必需的。在实验中,由于超模在统计上是独立的,因此可以用单个零差探测器测量,从而大大减少实验开销[15]。由于其用途广泛,因此一种允许检索超模的通用策略对于多模量子光学及其应用至关重要。本理论工作的目的是提供这样一种强大而通用的工具。更具体地说,多模光量子态通常是通过二次哈密顿量描述的非线性相互作用产生的[2]。对角化系统方程的变换必须是辛变换,即遵守交换规则。标准的辛对角化方法,如 Block-Messiah 分解 (BMD) [19],适用于单程相互作用 [20-22],但不适用于基于腔的系统,因为在基于腔的系统中使用它们需要对所涉及模式的线性色散和非线性相互作用做出先验假设 [10, 23]。这种限制使传统的辛方法不适用于处理广泛的相关实验情况,包括利用三阶非线性相互作用的共振系统中的多模特征。例如,硅和氮化硅等集成量子光子学的重要平台就是这种情况 [24, 25]。在本文中,我们提供了一种广义策略,它扩展了标准辛方法,并允许在没有任何假设或限制的情况下检索任何二次哈密顿量的超模结构。我们在此考虑一个通用的阈值以下谐振系统,该系统可以呈现线性和非线性色散效应。我们的方法适用于多种场景。这些包括低维系统,例如失谐设备中的单模或双模压缩[ 26 , 27 ]或光机械腔中的单模或双模压缩[ 28 ],以及高度多模状态,例如通过硅光子学集成系统中的四波混频产生的状态[ 24 ]。最终,我们注意到,这里为共振系统开发的工具同样可以用于单程配置中的空间传播分析[16, 22]。
华沙大学量子光学技术中心 华沙,波兰 量子光学器件实验室组长 2020- 主要项目:量子光光谱、量子超分辨率成像和光谱、使用量子存储器的量子通信、里德堡原子和量子非线性光学 哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所 哥本哈根,丹麦 由 ES Polzik 教授领导的 QUANTOP 实验室博士后研究员 2018-2023 主要项目:超相干膜谐振器的机械 Fock 态的生成和原子光机械系统中混合纠缠的建立 ICFO-光子科学研究所 巴塞罗那,西班牙 Morgan W. Mitchell 教授小组的暑期研究员,从事激光相位注入锁定研究 2013 教育
人工智能 (AI) 的最新进展为科学问题带来了新的解决方案。然而,要充分利用这些工具的潜力,人类研究人员必须理解 AI 生成的提案以推断研究结果,而当前的算法并不适合这项任务。为了帮助研究人员分析复杂的 AI 生成的解决方案,我们推出了 AriadneVR,这是一个用于图形可视化和操作的沉浸式虚拟现实 (VR) 环境。具体来说,我们的工具使用彩色加权图来抽象表示量子光学实验。为了展示我们软件的优势,我们提出了一种新的资源高效的三维纠缠交换方案和三维 4 粒子 GHZ 状态分析仪。我们的结果显示了 VR 可以增强研究人员从基于图形的生成 AI(一种科学中广泛使用的数据表示)中提取知识的能力。
快速崛起的固态光子探测器类型为记录和标记光子时间提供了简单、廉价和坚固的工具。超导光子探测器,无论是超薄超导纳米条带还是过渡边缘传感器的形式,都是目前性能最高的设备,尤其是在近红外光谱中。这些设备通常用于量子信息实验。它们表现出高量子效率、MHz 计数率和非常低的抖动,并且可以用作光子数和/或光子能量分辨设备。在过去的 30 年里,人们基于各种材料开发了专门用于单光子计数的雪崩光电二极管。它们已被用于光学传感器、量子密码学、光学测距和激光雷达、时间分辨光谱、激光诱导荧光、天文学和光学时间传输等众多应用。最后,基于各种纳米结构和纳米器件的光子计数器以及用于防扩散、安全和医疗用途的高能辐射光子探测器领域正在快速发展。本次会议将聚集学术、工业、空间相关、物理和研究领域的贡献研究社区的听众。