近日，帕德博恩大学的Ansari等人进行了量子光的时间模式结构方面的研究。高维量子信息处理有希望超出现有技术水平，但解决个体信息携带模式提出了重大的实验挑战。在这里，研究人员演示了非经典光的时间-频率域有效的高维操作。Ansari等人通过一个宽频带参量下转换泵浦光的脉冲整形来产生具有定制时间模式结构的预示光子。然后，研究人员通过色散分析和频率生成过程实现一个量子脉冲门，并投射到可编程的时间模式，在七个维度上重建量子态。Ansari等人还通过选择性地去除时间模式来操纵时间-频率结构，明确地证明了设计非线性过程对模式选择操纵量子态的有效性。

光子是量子网络和技术的重要组成部分，由于其低退相干、简单的传输和广泛的编码可能性，而作为量子信息的自然载体。特别地，高维编码通过增加每个光子容量的信息、复杂的纠缠结构、增强的对噪声和损耗的弹性以及资源效率高的多用户网络提供了强大的优势。为了抓住这些优点，明确区分、精确可控和实际可测量模式的单个光子对于定义高维量子字母表是必不可少的。光谱和时间，或时间频率，光子自由度为量子通信和量子信息处理提供了一个有吸引力的框架。与偏振和空间编码不同，在时间-频率域中编码的信息通过光纤和波导传输是鲁棒的，使其成为长距离量子通信和紧凑集成器件的自然候选者。特别是，宽带时间模式提供了一个简洁的基础，编码强度重叠，但场正交脉冲的多级量子比特。由于它们的脉冲性质，时态模式适用于依赖于多方精确同步的网络应用。此外，这些时间模式是物理实现的自然选择，因为它们是从标准参数下转换（PDC）源发射的光子对的本征基。如图1是采用量子脉冲门的时间模式选择的示意图。由PDC引起的双光子态具有由泵浦场和非线性相位匹配定义的多模结构。QPG从该叠加中选择单一模式（例如，一阶HermiteGauss，以粗体显示）将其转换为更高的频率，而未选择的模式不受影响地传输。改变QPG泵的形状改变QPG选择的时间模式。

图1 利用量子脉冲门实现时间模式选择的原理图

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