用于多模态的无噪声线性放大器

宽带量子光脉冲中不同频率分量之间在纠缠产生时形成的纠缠结构，是实现许多多体量子信息应用的实用化交付的一条有前景的途径。然而，此类应用的可扩展性很大程度上受限于由光子损耗引起的纠缠退相干。对抗此类损耗的一种有前景的方法是噪声线性放大。尽管已有多种在单模态上实现无噪声线性放大的方案，但迄今尚未提出对承载多模结构的量子态进行无噪声线性放大的实现。本工作中我们填补这一空白，提出一种带光子催化（PC）的新型无噪声线性放大器（NLA），即PC-NLA。通过构建现有使用量子剪刀（QS）的NLA（即QS-NLA）的多模版本，我们进而展示PC-NLA如何与QS-NLA兼容，即便前者使用的物理资源为后者的一半。我们随后将新开发的多模NLA框架应用于连续变量（CV）纠缠蒸馏问题，确定纠缠的多模结构如何影响NLA的性能。与单模NLA分析不同，我们发现多模NLA仅当信道损耗超过某阈值时才可作为CV纠缠蒸馏策略有效——该阈值很大程度上依赖于多模结构。此处给出的结果将对利用宽带光脉冲内复杂纠缠结构的多体量子信息应用的真实世界实现具有价值。