在时域和频域中编码量子信息已被证明是可扩展量子信息处理的合适替代方案。这些编码使得人们可以访问高维希尔伯特空间，从而对量子信息提取、密码学和通信任务等有增强作用。此外，此类编码仅占用一种单一的空间模式，因此可以与单模光纤网络直接兼容。然而，具有足够高分辨率的可靠时间测量仍然具有挑战性(特别是在通讯波长下)。
博览：2021Optica 时频域中的通用压缩层析术
技术背景：
在时域和频域中编码量子信息已被证明是可扩展量子信息处理的合适替代方案。这些编码使得人们可以访问高维希尔伯特空间，从而对量子信息提取、密码学和通信任务等有增强作用。此外，此类编码仅占用一种单一的空间模式，因此可以与单模光纤网络直接兼容。然而，具有足够高分辨率的可靠时间测量仍然具有挑战性(特别是在通讯波长下)。
量子信息技术一般包括量子计算，量子模拟和量子通信三种。在量子计算中，研究人员通常采用量子态或量子过程作为数学语言来描述所属量子系统的特征。认识一个量子系统的量子态和量子过程等价于可以掌握在此系统中进行任何测量的结果。在量子信息科学领域，量子系统表征通常被称为量子层析。
压缩策略已被用于有效减少重建信号所需的测量数。然而，它们需要对未知态的最大秩(rank)有准确的了解，这在现实场景中并不总是可行的。为了绕过这个缺点，现在已经设计了新的压缩方案来表征不同自由度的各种低秩状态、门和测量。至关重要的是，它们不需要对所讨论的未知量子目标进行假设。
当前不足：
量子态层析是量子信息中的基本工具，但是随着系统维度的增加，它所需的测量配置(configuration)数也越来越大。
文章创新点：
基于此，德国帕德博恩大学的Jano Gil-Lopez(第一作者)和首尔国立大学Yong Siah Teo(通讯作者)等人提出了一种自适应压缩层析策略，能够在对初始未知信号作任何假设的前提下，以极少的测量在时间-频率域表征任意的近相干量子态。这种方法鲁棒性很强，不需要对量子态做虚假假设，这些假设包括稀疏程度或相干性(这些很可能与真实场景是不相符的)。从技术观点来看，所提方法可以在单光子层级有效的表征通讯光(telecommunication light)的时域行为，因此，为许多新的量子技术奠定了基础。
原理解析：
引入随机压缩层析机制描述未知低秩时间-频率量子态ρd(有限维度d，秩r< (1) QPG。关键组件QPG可以在定制的时频模式上执行随机输入的投影。它由频谱形状的门控脉冲馈送，以从输入中选择时频模式。通过将选通脉冲整形为选定基的所有模式，可以完全扫描基中的随机输入。如图1所示，QPG 在两组模式 (2) 随机压缩层析。如图2，携带未知状态 附录(2018，殷琪)： 如果对该波函数的某个物理量进行观测往往会产生多个不同的结果，可表示为(这里只考虑有限离散的情况) 那么，对该量子态可以表示为如下形式 其稀疏的模平方为 表示该量子态经测量后坍缩为第i个结果的概率。上述公式表现了区别于经典物理的量子叠加性，而且同一量子态还可再不同的观测基下表示成不同的形式。如果这些测量结果对应的量子态可以展开该量子系统所处的希尔伯特空间，那么将|Фi〉作为基底且向量化后，则量子态|ψ〉在该基底下可以写成(c1,c2,…,cd)T，对应于希尔伯特空间的一个矢量。 以上描述只适用于量子系统处于单一量子态的情况，即通常所说的纯态。但对于量子系统，不同粒子所处的量子状态可能不一样，称其为混态，表示为 pj表示该量子系统中粒子处于量子态|Фj〉的概率，且Σjpj=1 参考文献：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 关于昊量光电： 上海昊量光电设备有限公司是国内知名光电产品专业代理商，代理品牌均处于相关领域的发展前沿；产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，涉及应用领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及更细分的前沿市场如量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务。 您可以通过昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。 本文章经光学前沿授权转载,商业转载请联系获得授权。
和
之间实现分束操作，其中一种用户选择的输入模式
被转换为输出模式
而所有其它模式都被传输。输出模式中的光子检测随后将输入状态
投影到模式
上。 
的信号与QPG相互作用，以便在第
步中测量随机选择的基。这给出了一组与先前测量值相结合的相对频率。所有
测量基
及其相应的相对频率
随后通过首先执行最大似然估计以获得物理概率进行数值处理，然后将结果置于信息完备鉴定(informational completeness certification,ICC) 算法中，该算法使用两个半定程序计算完整性指标
。整个循环迭代直到
在
处下降到某个小阈值以下，这意味着
是信息完备的。
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