基于时间编码的光子量子信息:原理与应用

长距离量子通信、分布式量子计算及量子传感应用需要稳健可靠的量子信息编码传输方式。在此背景下,时间编码因其对机械与热扰动的高耐受性、对光纤介质折射率变化导致的退偏效应及双折射现象的抵抗能力,已成为极具前景的编码方案。时间量子比特(时间量子位)可通过多种方式制备,不同实现方法需综合考虑设计参数、元器件兼容性(光学、电学、电光组件)及测量流程等要素。本工作系统梳理了量子通信协议中时间量子位制备与表征的实验方法,并评估了其优势与局限;探讨了时间量子位在光纤与自由空间信道传输中的挑战及其解决方案;对比分析了不同实验中关键时间参数的选择标准与组件需求。在此基础上,该研究团队深入探究了时间纠缠态的制备与表征方法,研究了独立光源时间量子位干涉的实现条件;进一步阐述了高维时间态(即时间量子dit)及其纠缠对的制备与表征技术;综述了时间-能量纠缠现象及重要实验成果。最后,该工作展示了时间编码量子态从量子通信协议到光子量子计算等领域的典型应用,既为初学者提供了入门指引,也为相关领域研究者呈现了前沿进展的全面评述。

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