論文の概要: Fundamentals of Quantum Fourier Optics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.09627v1
- Date: Mon, 24 Jan 2022 12:11:38 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-28 00:37:47.280826
- Title: Fundamentals of Quantum Fourier Optics
- Title（参考訳）: 量子フーリエ光学の基礎
- Authors: Mohammad Rezai, Jawad A. Salehi
- Abstract要約: 本稿では、フーリエ光信号処理を完全量子項で記述するために、コヒーレントで包括的な方法論と数学的モデルを開発する。
本稿では, 量子光学信号処理, 量子ホログラフィー, 量子通信, 量子レーダ, マルチインプット/マルチ出力アンテナなど, 様々な領域に影響を及ぼす可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.992810060555813
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: All-quantum signal processing techniques are at the core of the successful
advancement of most information-based quantum technologies. This paper develops
coherent and comprehensive methodologies and mathematical models to describe
Fourier optical signal processing in full quantum terms for any input quantum
state of light. We begin this paper by introducing a spatially two-dimensional
quantum state of a photon, associated with its wavefront and expressible as a
two-dimensional creation operator. Then, by breaking down the Fourier optical
processing apparatus into its key components, we strive to acquire the quantum
unitary transformation or the input/output quantum relation of the
two-dimensional creation operators. Subsequently, we take advantage of the
above results to develop and obtain the quantum analogous of a few essential
Fourier optical apparatus, such as quantum convolution via a 4f-processing
system and a quantum 4f-processing system with periodic pupils. Moreover, due
to the importance and widespread use of optical pulse shaping in various
optical communications and optical sciences fields, we also present an
analogous system in full quantum terms, namely quantum pulse shaping with an
8f-processing system. Finally, we apply our results to two extreme examples of
the quantum state of light. One is based on a coherent (Glauber) state and the
other on a single-photon number (Fock) state for each of the above optical
systems. We believe the schemes and mathematical models developed in this paper
can impact many areas of quantum optical signal processing, quantum holography,
quantum communications, quantum radars and multiple-input/multiple-output
antennas, and many more applications in quantum computations and quantum
machine learning algorithms.
- Abstract（参考訳）: 全量子信号処理技術は、ほとんどの情報ベース量子技術の進歩の核心にある。
本稿では、光の入力量子状態に対して、フル量子項でフーリエ光信号処理を記述するための、コヒーレントで包括的な方法論と数学的モデルを開発する。
本稿では,光子の空間的2次元量子状態とその波面と関連し,二次元生成作用素として表現可能であることを紹介する。
次に、フーリエ光学処理装置をその主成分に分割することにより、2次元生成演算子の量子ユニタリ変換または入出力量子関係の取得を試みる。
以上の結果を利用して,4f処理システムによる量子畳み込みや,周期的な瞳を持つ量子4f処理システムなど,いくつかの重要なフーリエ光学装置の量子類似性を開発した。
さらに,光通信および光科学分野における光パルスシェーピングの重要性と普及のために,8f処理系を用いた量子パルスシェーピングという,完全な量子用語による類似システムを提案する。
最後に、我々の結果は光の量子状態の極端な2つの例に適用する。
1つはコヒーレント(グラウバー)状態、もう1つは上記の光学系ごとに単一光子数(フォック)状態に基づいている。
本稿では, 量子光信号処理, 量子ホログラフィ, 量子通信, 量子レーダ, 複数入力/多重出力アンテナなど, 量子計算や量子機械学習の多くの応用分野において, このスキームと数理モデルが影響すると考えている。
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