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World File Search System压缩态
通过偶极相互作用实现稳健的核自旋纠缠...
超冷极性分子在量子模拟、计量和信息处理方面具有巨大潜力，因为它们具有强电偶极 (ED) 相互作用，这种相互作用既长距离，又各向异性，更重要的是，可调 [1 – 16] 。将它们用于这些目标的必要条件是能够利用其固有的 ED 相互作用来创建高度纠缠和长寿命的分子状态，这些状态对环境退相干具有鲁棒性，例如用于增强传感的自旋压缩态 [17 – 19] ，或用于基于测量的量子计算的簇状态 [20 – 25] 。到目前为止，简单的双碱分子（如 KRb）的旋转态已被提议作为编码量子比特的主要主力和自然自由度 [1 – 12] 。这是因为长寿命旋转态可以通过长程电致发光相互作用直接耦合，并由微波 (mw) 场操纵 [26,27] 。然而，旋转态具有重要的局限性，阻碍了它们用于纠缠生成：(1) 在不同旋转状态下制备的超冷分子通常会经历不同的捕获势，因此容易受到不良退相干的影响，导致相干时间短 [28 – 30] ； (2) 多体哈密顿参数的微调需要使用强大且控制良好的直流电场 E [1,11] 。由于这些场需要时间来切换和变化，因此使用旋转态之间的长程电致发光相互作用按需生成纠缠仍然是一项重大的实验挑战。为了克服这些重要的限制，我们在此提出利用超冷极性分子中可访问的更大的内部能级集，其中包括核和/或电子自旋能级以及它们的旋转结构。总的来说，这些能级可以用作按需纠缠生成的强大资源。通过将有效自旋-1 = 2 编码为一组核自旋和旋转分子能级，我们利用了长
通过偶极相互作用实现稳健的核自旋纠缠...
超冷极性分子在量子模拟、计量和信息处理方面具有巨大潜力，因为它们具有强电偶极 (ED) 相互作用，这种相互作用既长距离，又各向异性，更重要的是，可调 [1 – 16] 。将它们用于这些目标的必要条件是能够利用其固有的 ED 相互作用来创建高度纠缠和长寿命的分子状态，这些状态对环境退相干具有鲁棒性，例如用于增强传感的自旋压缩态 [17 – 19] ，或用于基于测量的量子计算的簇状态 [20 – 25] 。到目前为止，简单的双碱分子（如 KRb）的旋转态已被提议作为编码量子比特的主要主力和自然自由度 [1 – 12] 。这是因为长寿命旋转态可以通过长程电致发光相互作用直接耦合，并由微波 (mw) 场操纵 [26,27] 。然而，旋转态具有重要的局限性，阻碍了它们用于纠缠生成：(1) 在不同旋转状态下制备的超冷分子通常会经历不同的捕获势，因此容易受到不良退相干的影响，导致相干时间短 [28 – 30] ； (2) 多体哈密顿参数的微调需要使用强大且控制良好的直流电场 E [1,11] 。由于这些场需要时间来切换和变化，因此使用旋转态之间的长程电致发光相互作用按需生成纠缠仍然是一项重大的实验挑战。为了克服这些重要的限制，我们在此提出利用超冷极性分子中可访问的更大的内部能级集，其中包括核和/或电子自旋能级以及它们的旋转结构。总的来说，这些能级可以用作按需纠缠生成的强大资源。通过将有效自旋-1 = 2 编码为一组核自旋和旋转分子能级，我们利用了长
物理
房间：106 Spalding 实验室 检测和操纵压缩光用于量子计量和通信 Esme Knabe 导师：Maria Spiropulu 压缩光是一种亚泊松非经典光状态，在精密测量和量子通信等领域有广泛的应用。由于与现实世界系统的相关性，开发能够与现有光学和光子设备集成的压缩光过程至关重要。为此，该项目旨在展示使用桌面设备和集成光子学测量和操纵压缩光的相空间。这项工作的一些贡献包括但不限于压缩态的相位锁定以实现确定性相位旋转、通过将相干光与压缩光混合来产生位移压缩态、以及优化压缩光实际量子应用实验。通过量子电路假设搜索，使用量子生成对抗网络生成逼真的 LHC QCD 模拟 Yiyi Cai 导师：Maria Spiropulu、Jean-Roch Vlimant 和 Samantha Davis 经典生成模型已被证明有望成为替代生成模型，可以取代部分或全部对撞机数据的详细模拟链，尤其是在 LHC 中。由于初态希尔伯特空间大小的指数缩放和量子系统的内在随机性，量子-经典混合生成模型可以提供更高的精度和性能。这种方法的一个局限性是可以任意选择所用量子电路的假设。我们研究了量子-经典生成对抗模型的性能，以使用变分量子电路作为模型的生成部分来模拟 LHC 上强子喷流的特征，并进一步搜索电路假设空间以找到性能最佳的电路。我们对强子喷流数据集中量子-经典混合生成对抗模型的性能得出结论，并对此类方法在 LHC 上的可用性进行了展望。时间箱量子密钥分发密钥交换 Ismail Elmengad 导师：Maria Spiropulu 和 Anthony LaTorre 量子密钥分发 (QKD) 使双方 Alice 和 Bob 能够实现信息论安全通信。这意味着无论多少计算资源都无法让第三方访问 Alice 和 Bob 的通信。量子比特可以用几种方式编码。该项目将使用时间箱协议来交换量子比特。光子要么在时间基础上准备，它们落入早期或晚期时间箱，类似于经典信息中的 0 和 1，要么在相位基础上准备，这是早期和晚期状态的叠加。通过表征影响量子比特错误率 (QBER) 的各种因素，例如暗计数、脉冲宽度、QBER 稳定性，相位调制等。我们希望通过光纤介质实现任意长度的有效密钥交换。QKD 是通过光纤和视距自由空间环境进行安全通信的一个令人兴奋的前景。用于量子网络的时间箱编码光子量子比特的 Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 状态的生成 Nassim Tavakoli 导师：Maria Spiropulu、Samantha Davis、Raju Valivarthi 和 Nikolai Lauk 量子纠缠是量子信息应用（如量子计算、通信和计量）的重要资源，有望实现计算加速、信息论安全通信和增强的传感能力。该项目将重点研究由三个纠缠粒子组成的 GHZ 状态。我们旨在使用光纤耦合元件、体非线性和最先进的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）生成时间箱量子比特的 GHZ 状态。纠缠光子可以通过自发参数下变频和连续波泵浦光后选择产生。这些“飞行量子比特”通过基于到达时间的时间箱技术传输编码的信息。这一演示将是迈向现实世界量子网络的重要一步，这是一种更有效地生成量子隐形传态所需状态的方法。
使用嵌入在零差探测器中的可调光学滤波器抵消连续变量量子密钥分发中的饱和攻击
量子密钥分发 (QKD) 允许两个合法实体 Alice 和 Bob 共享一组密钥，但可能会被窃听者 Eve 操纵 [1–5]。目前，离散变量 (DV) QKD 已经得到发展，但它在源准备、检测成本和密钥速率方面仍然面临挑战 [6,7]。连续变量 (CV) QKD 是实现 QKD 的另一种方法 [8–13]。它具有实现方便的优势，因为它可以使用多种源，如相干态 [14] 和压缩态 [15]。尽管如此，CVQKD 也面临着实际安全性的威胁 [16–18]，原因是设备不完善、技术缺陷和操作不完善 [10,19,20]。例如，Eve 可以通过控制波长相关分束器 (BS) 的透射率来执行波长攻击 [21-23]。校准攻击可以通过修改本振 (LO) 脉冲的形状来实施 [24]。因此，已经提出了多种对策来抵消 LO 校准攻击和波长攻击的影响 [25-27]。在 CVQKD 的实际实现中，相干探测器变得脆弱。目前，在窃听零差探测器中的不完美电子时已经执行了饱和攻击 [2, 28]。它可以用于攻击系统的实际设备，因此它唤醒了实际的安全性，因为相干探测器具有有限线性域，可以通过移动接收到的正交的平均值将其驱动到外部（如果没有被监控）。此外，Eve 可以执行异差检测来测量截获的正交 X 和 P，从而为伪造相干态做准备 [28, 29]。为了抵消这种攻击，我们可以在同差探测器中采用嵌入式可调光滤波器 (AOF)，用于实时补偿强接收光功率导致的潜在饱和。基于检测响应的反馈，可以使用支持 AOF 的检测来抵消这种饱和攻击，这是雪崩光电二极管 (APD) 的实际增益调整。
量子力学
本脚本是圣保罗大学 (USP) 圣卡洛斯物理研究所 (IFSC) 开设的几门研究生课程的综合。这些课程包括量子力学 (SFI5774)、原子和分子物理学 (SFI5814)、量子力学 B (SFI5707)、光与物质的相互作用 (SFI5905) 和原子光学 (SFI5887)。当然，这些课程的主题是紧密相连的。本综合脚本的目的是强调主题之间的相互联系，并促进对它们之间关系的理解。在第一部分中，我们介绍了量子力学，它是本书其余部分的基础理论。在第二部分中，我们重点介绍原子的结构。在第三和第四部分中，我们研究光的性质、光与单个原子和原子集合的相互作用以及相互作用如何受到腔和表面的影响。最后，在第五部分中，我们介绍了物质波的光学。本课程面向物理学硕士和博士生。脚本是一个初步版本，会不断进行更正和修改。欢迎随时通知错误并提出改进建议。脚本包含练习，可从作者处获得答案。有关课程的信息和公告将在网站上发布：http://www.ifsc.usp.br/ strontium/ − > 教学 − > 学期 学生的评估将基于书面测试和学生选择的特别主题的研讨会。在研讨会上，学生将在 15 分钟内介绍所选主题。他还将以数字形式提交一份 4 页的科学论文。可能的主题有： - 观察两个离子的超辐射和亚辐射自发辐射（Exc. 21.2.4.9）， - 压缩态（Sec. 15.3）， - Jaynes-Cummings 模型（Sec. 15.4）， - 量子投影噪声（Sec. 16.3.2）， - 量子门（Sec. 22.3）， - 量子蒙特卡罗波函数模拟方法（Sec. 16.1.2）， - 量子芝诺效应（Sec. 16.3.1）， - 布洛赫方程：推导和解释（Sec. 14.4）， - 量子跳跃、其历史和观察（Sec. 16.1.2）， - 薛定谔的猫（Sec. 16.1.1）， - 爱因斯坦-波多尔斯基-罗森假设及其实验证伪（Sec. 22.1.1 ), - Elitzur 和 Vaidman 炸弹测试问题 (16.1.3 节 ), - 拓扑相和 Aharonov-Bohm 效应 (16.4 节 ), - 量子非拆除测量 (16.3.3 节 ), - 根据费米黄金法则计算光电效应 (Exc. 5.4.5.7 ), - 量子关联和 Young 和 Hanbury-Brown-Twiss 实验 (15.5.1 节 ), - Hartree-Fock 方法 (11.3.3 节 ), - 用高斯波包描述的自由粒子的时间演化, - WKB 近似 (5.3 节 ), - 里德堡原子 (9.4.4 节 ), - 氦原子 (11.2 节 ),
实现多模量子光学的通用方法
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]。