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量子通信的物理层方面
摘要 — 量子通信系统以分布式量子计算、分布式量子传感和多种加密协议的形式支持独特的应用。这些通信系统的主要推动因素是能够以高速率和保真度传输未知量子态的高效基础设施。这一壮举需要一种新的通信系统设计方法，该方法可以有效利用可用的物理层资源，同时尊重量子信息的局限性和原理。尽管经典世界和量子世界之间存在根本差异，但仍存在通用通信概念，这些概念可能在量子通信系统中也很有用。在本综述中，重点介绍了物理层量子通信的独特方面，试图找出经典通信和量子通信之间的共同点和差异。更具体地说，我们首先概述了量子信道和在不同光传播介质上的用例，阐明了串扰和干扰的概念。随后，我们调查了量子源、探测器、信道和调制技术。更重要的是，我们讨论和分析了空间复用技术，例如相干控制、复用、分集和 MIMO。最后，我们确定了两种通信技术之间的协同作用以及对下一代量子通信系统发展至关重要的重大开放挑战。
迈向将真正的随机数生成融入...
摘要 — 量子通信功能的集成通常需要专用的光电元件，而这与电信系统的技术路线图并不相符。我们研究了商用相干收发器子系统在经典数据传输之后支持量子随机数生成的能力，并展示了如何将基于真空涨落的量子熵源转换为真正的随机数生成器。我们讨论了两种可能的实现方式，分别基于接收器和发射器中心架构。在第一种方案中，利用相干内差接收器中的平衡同差宽带检测来测量 90 度混合输入端的真空状态。在我们的原理验证演示中，在超过 11 GHz 的宽带宽上获得了 >2 dB 的光噪声和电噪声之间的间隙。在第二种方案中，我们提出并评估了重复使用偏振复用同相/正交调制器的监测光电二极管来实现相同目的。演示了 10 Gbaud 偏振复用正交相移键控数据传输的时间交错随机数生成。详细模型的可用性将允许计算可提取的熵，因此我们展示了两个原理验证实验的随机性提取，采用了双通用强提取器。索引术语 — 数字安全、多用途光子学、光通信设备、光信号检测、随机数生成
利用纠缠边带模式实现全连接量子通信网络的演示
量子通信网络将点对点量子通信协议扩展到两个以上的独立方，这将允许各种各样的量子通信应用。在这里，我们展示了一个完全连接的量子通信网络，利用三对爱因斯坦-波多尔斯基-罗森 (EPR) 纠缠边带模式，纠缠度分别为 8.0 dB、7.6 dB 和 7.2 dB。来自压缩场的每个边带模式通过解复用操作在空间上分离，然后根据网络要求重新组合成新的组。每组边带模式通过单个物理路径分发给其中一方，确保每对当事方都能建立自己的私人通信链路，并且比任何经典方案都具有更高的信道容量。
创新光学和无线网络全球...
为了满足 IOWN 用例的极端带宽和延迟要求，IOWN GF 定义了一个名为开放全光子网络 (APN) 的新网络，并于 2022 年初发布了其 Release 1 架构文档。APN 是一个基于波长交换的面向连接的网络，支持各种物理部署场景，包括在客户场所部署波长复用/交换节点的场景。这种部署灵活性来自 APN 的开放和分解架构，它定义了三个功能组件，分别是 APN-T（收发器）、APN-G（网关）和 APN-I（交换）。通过在通信端点之间动态创建光波长连接，APN 实现了非常高的速度和非常低的延迟的数据传输，例如数十/数百 Gbps 和不到一毫秒。通过这种方式，APN 将有效且高效地支持 IOWN GF 用例。
Huifu Xiao, Zhenfu Zhang, Junbo Yang, Xu Han, Wenping Chen, Guanghui Ren*, Arnan Mitchell, Jianhong Yang, Daqiang Gao and Yonghui Tian* On-chip scalab
摘要：模分复用（MDM）技术因其能够增加光子网络的链路容量而受到研究人员的广泛关注。尽管近年来已经展示了各种模式处理设备，但对于大规模多功能网络至关重要的多模处理设备的可重构性却很少得到开发。在本文中，我们首次提出并实验演示了一种用于片上光网络的非对称微赛道谐振器（MRR）的可扩展模式选择转换器。该装置由级联的MRR组成，能够根据需要将输入的单色光转换为输出波导中的任意支持模式。采用硅波导的热光效应来调整设备的工作状态。为了测试实用性，基于非对称微赛道谐振器（MRR）制作并实验演示了概念验证装置
![arXiv:2304.09397v1 [quant-ph] 2023 年 4 月 19 日](/simg/g:\will\search\icon\source\1\1114c09f1a28f97f1c4b68e9f0b2c702f12d6db3.webp)
arXiv:2304.09397v1 [quant-ph] 2023 年 4 月 19 日
光子是量子信息的强大载体，可通过卫星在自由空间中传输，也可通过地面光纤在长距离中传输。长距离量子态纠缠可以实现量子计算、量子通信和量子传感。量子光学存储器可以有效地存储和操纵量子态，这使其成为未来长距离量子网络中不可或缺的元素。在过去的二十年里，高保真度、高效率、长存储时间和有希望的复用能力的量子光学存储器已经得到开发，特别是在单光子水平上。在这篇综述中，我们介绍了常用量子存储协议的工作原理，并总结了量子存储演示的最新进展。我们还对未来的量子光学存储设备进行了展望，这些设备可能实现长距离纠缠分布。
量子光学中的时间模式：过去和现在 - NSF-PAR
摘要 我们回顾了量子光学中时间模式 (TM) 的概念，强调了 Roy Glauber 对其发展做出的关键性和历史性贡献，以及它们在量子信息科学中日益增长的重要性。TM 是正交的波包集，可用于表示多模光场。它们是光的横向空间模式的时间对应物，并发挥类似的作用——将多模光分解为分离统计独立自由度的最自然基础。我们讨论了如何开发 TM 来紧凑地描述各种过程：超荧光、受激拉曼散射、自发参量下转换和自发四波混频。可以使用非线性光学过程（例如三波混频和量子光学存储器）来操纵、转换、解复用和检测 TM。因此，它们在构建量子信息网络中发挥着越来越重要的作用。
论量子失相过程的经典性
我们分析了纯失相系统相关的多时间统计数据，这些统计数据反复用尖锐测量探测，并寻找其统计数据满足 Kolmogorov 一致性条件（可能达到有限阶）的测量协议。我们发现了量子失相过程的丰富现象学，可以用经典术语来解释。特别是，如果底层失相过程是马尔可夫过程，我们会发现在每个阶上都可以找到经典性的充分条件：这可以通过选择完全兼容或完全不兼容的失相和测量基础（即相互无偏基 (MUB)）来实现。对于非马尔可夫过程，经典性只能在完全兼容的情况下证明，从而揭示了马尔可夫和非马尔可夫纯失相过程之间的一个关键区别。
超低功率 K 波段 22.2 GHz 至 26.9 GHz 电流...
摘要：本文提出了一种具有宽调谐范围的超低功耗 K 波段 LC-VCO（压控振荡器）。基于电流复用拓扑，利用动态背栅偏置技术来降低功耗并增加调谐范围。利用该技术，允许使用小尺寸的交叉耦合对，从而降低寄生电容和功耗。所提出的 VCO 采用 SMIC 55 nm 1P7M CMOS 工艺实现，频率调谐范围为 22.2 GHz 至 26.9 GHz，为 19.1%，在 1.2 V 电源下功耗仅为 1.9 mW–2.1 mW，占用核心面积为 0.043 mm 2 。在整个调谐范围内，相位噪声范围从 -107.1 dBC/HZ 到 -101.9 dBc/Hz (1 MHz 偏移)，而总谐波失真 (THD) 和输出功率分别达到 -40.6 dB 和 -2.9 dBm。
论文 用于可重构量子网络的 GHz 脉冲纠缠光子源
摘要 纠缠是量子网络中的通用资源，但纠缠光子源通常是为特定用例定制的。多功能性（包括状态调制和光子时间特性的可调谐性）是灵活网络架构和加密原语的关键，这些原语超越了量子密钥分发。本文，我们报告了一种灵活的源设计，可在连续波和 GHz 速率脉冲操作模式下产生高质量纠缠。利用现成的光学元件，我们的方法使用基于光纤的 Sagnac 环以高效率和高于 0.99 的保真度在电信波长下产生偏振纠缠光子。在产生纠缠态之前，高达 GHz 的相位调制也是可能的，以实现快速纠缠态切换。我们展示了 100 MHz 的相位调制，平均保真度为 0.95。此外，源 60 nm 光谱带宽与完全可重构的波长复用量子网络完全兼容。