論文の概要: Inverse-design of high-dimensional quantum optical circuits in a complex
medium
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.00578v1
- Date: Fri, 1 Apr 2022 17:08:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-20 02:39:19.216948
- Title: Inverse-design of high-dimensional quantum optical circuits in a complex
medium
- Title（参考訳）: 複雑媒体における高次元量子光学回路の逆設計
- Authors: Suraj Goel, Saroch Leedumrongwatthanakun, Natalia Herrera Valencia,
Will McCutcheon, Claudio Conti, Pepijn W. H. Pinkse, Mehul Malik
- Abstract要約: 広視野モードミキサーの高次元空間に光回路を埋め込む方法を示す。
これにより、各回路要素に対して高いプログラム性を維持しつつ、制御を強制することができる。
我々の研究は、光の高次元量子状態の精密制御を実現するための、代替的で強力なアプローチとして機能する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Programmable optical circuits form a key part of quantum technologies today,
ranging from transceivers for quantum communication to integrated photonic
chips for quantum information processing. As the size of such circuits is
increased, maintaining precise control over every individual component becomes
challenging, leading to a reduction in the quality of the operations performed.
In parallel, minor imperfections in circuit fabrication are amplified in this
regime, dramatically inhibiting their performance. Here we show how embedding
an optical circuit in the higher-dimensional space of a large, ambient
mode-mixer using inverse-design techniques allows us to forgo control over each
individual circuit element, while retaining a high degree of programmability
over the circuit. Using this approach, we implement high-dimensional linear
optical circuits within a complex scattering medium consisting of a commercial
multi-mode fibre placed between two controllable phase planes. We employ these
circuits to manipulate high-dimensional spatial-mode entanglement in up to
seven dimensions, demonstrating their application as fully programmable quantum
gates. Furthermore, we show how their programmability allows us to turn the
multi-mode fibre itself into a generalised multi-outcome measurement device,
allowing us to both transport and certify entanglement within the transmission
channel. Finally, we discuss the scalability of our approach, numerically
showing how a high circuit fidelity can be achieved with a low circuit depth by
harnessing the resource of a high-dimensional mode-mixer. Our work serves as an
alternative yet powerful approach for realising precise control over
high-dimensional quantum states of light, with clear applications in
next-generation quantum communication and computing technologies.
- Abstract（参考訳）: プログラマブル光回路は、量子通信のトランシーバーから量子情報処理のための統合フォトニックチップまで、今日の量子技術の重要な部分を形成している。
このような回路のサイズが大きくなると、各部品の正確な制御を維持することが難しくなり、動作の質が低下する。
並行して、回路製造における小さな欠陥が増幅され、その性能が劇的に抑制される。
本稿では,光回路の高次元空間への埋め込みを逆設計手法を用いて実現し,回路上の高次なプログラム性を維持しつつ,個々の回路素子の制御を許す方法を示す。
この手法を用いて, 2つの制御可能な位相平面間に配置した商用マルチモードファイバーからなる複合散乱媒体内に高次元リニア光回路を実装する。
これらの回路を用いて,高次元空間モードの絡み合いを最大7次元まで操作し,プログラム可能な量子ゲートとしての利用を実証する。
さらに,マルチモードファイバ自体を一般化されたマルチアウトカム計測装置に変換することで,伝送路内の絡み合いの伝達と認証を両立させることができることを示す。
最後に,本手法のスケーラビリティについて考察し,高次元モードミキサーの資源を利用して,低回路深さで高回路忠実性を実現する方法を示す。
我々の研究は、光の高次元量子状態の精密制御を実現するための代替的かつ強力なアプローチとして機能し、次世代の量子通信およびコンピューティング技術に明確な応用が期待できる。
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