在噪声存在下量子应用的最优滤波和纠缠光子生成

滤波技术在量子光学中常用于抑制噪声光子,并实现独立光子间的干涉。然而,对光子对的联合谱进行滤波可能会降低固有符合计数概率或与损耗无关的预示效率。该研究团队针对基于纠缠与干涉的多光子应用(如量子隐形传态)系统研究了滤波方案。研究人员将C波段纠缠光子与C波段经典通信信号复用至同一条长距离光纤中——这种方案可实现可扩展的低损耗量子网络,但需要对经典光产生的自发拉曼散射噪声进行滤波。通过采用可调带宽滤波器、低抖动探测器和偏振滤波器,该团队在25公里标准光纤上实现了与铒离子量子存储器兼容的时间-能量纠缠光子(1536.5纳米波长)和10Gbps C波段经典数据的共传输。窄带滤波使得系统可承载毫瓦级C波段光功率,这比同类研究高出约一个数量级,理论上可支持太比特每秒量级的经典通信速率。该工作系统评估了泵浦光与滤波器带宽、多光子对发射、滤波器形状、损耗、相位匹配以及量子信息测量方式等因素对性能的影响,揭示了抑制噪声影响与保持单模纯度之间的权衡关系,并讨论了优化多光子应用的缓解方案。值得注意的是,这些研究成果不仅适用于自由空间和量子器件(光源、频率转换器、开关、探测器等)中的噪声问题,还揭示了即便在无噪声环境中,滤波器仍会导致单光子纯度与速率的劣化现象。
提交arXiv: 2025-10-08 00:21

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