在時(shí)域和頻域中編碼量子信息已被證明是可擴(kuò)展量子信息處理的合適替代方案齿风。這些編碼使得人們可以訪問高維希爾伯特空間药薯，從而對(duì)量子信息提取救斑、密碼學(xué)和通信任務(wù)等有增強(qiáng)作用童本。此外，此類編碼僅占用一種單一的空間模式脸候，因此可以與單模光纖網(wǎng)絡(luò)直接兼容穷娱。然而运沦，具有足夠高分辨率的可靠時(shí)間測量仍然具有挑戰(zhàn)性(特別是在通訊波長下)泵额。
博覽：2021Optica 時(shí)頻域中的通用壓縮層析術(shù)
技術(shù)背景：
在時(shí)域和頻域中編碼量子信息已被證明是可擴(kuò)展量子信息處理的合適替代方案携添。這些編碼使得人們可以訪問高維希爾伯特空間嫁盲，從而對(duì)量子信息提取烈掠、密碼學(xué)和通信任務(wù)等有增強(qiáng)作用亡资。此外，此類編碼僅占用一種單一的空間模式向叉，因此可以與單模光纖網(wǎng)絡(luò)直接兼容锥腻。然而母谎，具有足夠高分辨率的可靠時(shí)間測量仍然具有挑戰(zhàn)性(特別是在通訊波長下)瘦黑。
量子信息技術(shù)一般包括量子計(jì)算，量子模擬和量子通信三種奇唤。在量子計(jì)算中幸斥，研究人員通常采用量子態(tài)或量子過程作為數(shù)學(xué)語言來描述所屬量子系統(tǒng)的特征咬扇。認(rèn)識(shí)一個(gè)量子系統(tǒng)的量子態(tài)和量子過程等價(jià)于可以掌握在此系統(tǒng)中進(jìn)行任何測量的結(jié)果甲葬。在量子信息科學(xué)領(lǐng)域，量子系統(tǒng)表征通常被稱為量子層析懈贺。
壓縮策略已被用于有效減少重建信號(hào)所需的測量數(shù)经窖。然而，它們需要對(duì)未知態(tài)的最大秩(rank)有準(zhǔn)確的了解画侣，這在現(xiàn)實(shí)場景中并不總是可行的冰悠。為了繞過這個(gè)缺點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計(jì)了新的壓縮方案來表征不同自由度的各種低秩狀態(tài)配乱、門和測量溉卓。至關(guān)重要的是，它們不需要對(duì)所討論的未知量子目標(biāo)進(jìn)行假設(shè)搬泥。
當(dāng)前不足：
量子態(tài)層析是量子信息中的基本工具桑寨，但是隨著系統(tǒng)維度的增加忿檩，它所需的測量配置(configuration)數(shù)也越來越大尉尾。
文章創(chuàng)新點(diǎn)：
基于此，德國帕德博恩大學(xué)的Jano Gil-Lopez(第一作者)和首爾國立大學(xué)Yong Siah Teo(通訊作者)等人提出了一種自適應(yīng)壓縮層析策略休溶，能夠在對(duì)初始未知信號(hào)作任何假設(shè)的前提下，以極少的測量在時(shí)間-頻率域表征任意的近相干量子態(tài)扰她。這種方法魯棒性很強(qiáng)，不需要對(duì)量子態(tài)做虛假假設(shè)徒役，這些假設(shè)包括稀疏程度或相干性(這些很可能與真實(shí)場景是不相符的)孽尽。從技術(shù)觀點(diǎn)來看，所提方法可以在單光子層級(jí)有效的表征通訊光(telecommunication light)的時(shí)域行為忧勿，因此杉女，為許多新的量子技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
原理解析：
引入隨機(jī)壓縮層析機(jī)制描述未知低秩時(shí)間-頻率量子態(tài)ρd(有限維度d鸳吸，秩r< (1) QPG呕乎。關(guān)鍵組件QPG可以在定制的時(shí)頻模式上執(zhí)行隨機(jī)輸入的投影积担。它由頻譜形狀的門控脈沖饋送，以從輸入中選擇時(shí)頻模式猬仁。通過將選通脈沖整形為選定基的所有模式帝璧，可以完全掃描基中的隨機(jī)輸入。如圖1所示聋溜，QPG 在兩組模式 (2) 隨機(jī)壓縮層析漱病。如圖2，攜帶未知狀態(tài) 附錄(2018胧砰，殷琪)： 如果對(duì)該波函數(shù)的某個(gè)物理量進(jìn)行觀測往往會(huì)產(chǎn)生多個(gè)不同的結(jié)果，可表示為(這里只考慮有限離散的情況) 那么童芹，對(duì)該量子態(tài)可以表示為如下形式 其稀疏的模平方為 表示該量子態(tài)經(jīng)測量后坍縮為第i個(gè)結(jié)果的概率涮瞻。上述公式表現(xiàn)了區(qū)別于經(jīng)典物理的量子疊加性假褪，而且同一量子態(tài)還可再不同的觀測基下表示成不同的形式署咽。如果這些測量結(jié)果對(duì)應(yīng)的量子態(tài)可以展開該量子系統(tǒng)所處的希爾伯特空間，那么將|Фi〉作為基底且向量化后生音，則量子態(tài)|ψ〉在該基底下可以寫成(c1,c2,…,cd)T宁否，對(duì)應(yīng)于希爾伯特空間的一個(gè)矢量缀遍。 以上描述只適用于量子系統(tǒng)處于單一量子態(tài)的情況慕匠，即通常所說的純態(tài)。但對(duì)于量子系統(tǒng)瑟由，不同粒子所處的量子狀態(tài)可能不一樣絮重，稱其為混態(tài)歹苦，表示為 pj表示該量子系統(tǒng)中粒子處于量子態(tài)|Фj〉的概率，且Σjpj=1 參考文獻(xiàn)：Jano Gil-Lopez, Yong Siah Teo, Syamsundar De, Benjamin Brecht, Hyunseok Jeong, Christine Silberhorn, and Luis L. Sánchez-Soto, "Universal compressive tomography in the time-frequency domain," Optica 8, 1296-1305 (2021) DOI：https://doi.org/10.1364/OPTICA.427645 關(guān)于昊量光電： 上海昊量光電設(shè)備有限公司是國內(nèi)知名光電產(chǎn)品專業(yè)代理商督怜，代理品牌均處于相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展前沿殴瘦；產(chǎn)品包括各類激光器、光電調(diào)制器号杠、光學(xué)測量設(shè)備蚪腋、精密光學(xué)元件等，涉及應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了材料加工姨蟋、光通訊屉凯、生物醫(yī)療、科學(xué)研究悠砚、國防及更細(xì)分的前沿市場如量子光學(xué)、生物顯微堂飞、物聯(lián)傳感灌旧、精密加工绑咱、先進(jìn)激光制造等；可為客戶提供完整的設(shè)備安裝枢泰，培訓(xùn)描融，硬件開發(fā)，軟件開發(fā)衡蚂，系統(tǒng)集成等優(yōu)質(zhì)服務(wù)窿克。 您可以通過昊量光電的官方網(wǎng)站www.wjjzl.com了解更多的產(chǎn)品信息讳窟，或直接來電咨詢4006-888-532让歼。 本文章經(jīng)光學(xué)前沿授權(quán)轉(zhuǎn)載,商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系獲得授權(quán)。
和
之間實(shí)現(xiàn)分束操作谆膳，其中一種用戶選擇的輸入模式
被轉(zhuǎn)換為輸出模式
而所有其它模式都被傳輸。輸出模式中的光子檢測隨后將輸入狀態(tài)
投影到模式
上撮躁。 
的信號(hào)與QPG相互作用把曼，以便在第
步中測量隨機(jī)選擇的基杨帽。這給出了一組與先前測量值相結(jié)合的相對(duì)頻率嗤军。所有
測量基
及其相應(yīng)的相對(duì)頻率
隨后通過首先執(zhí)行最大似然估計(jì)以獲得物理概率進(jìn)行數(shù)值處理注盈，然后將結(jié)果置于信息完備鑒定(informational completeness certification,ICC) 算法中，該算法使用兩個(gè)半定程序計(jì)算完整性指標(biāo)
叙赚。整個(gè)循環(huán)迭代直到
在
處下降到某個(gè)小閾值以下，這意味著
是信息完備的震叮。
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