論文の概要: Universal programmable waveguide arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.12610v1
• Date: Tue, 19 Nov 2024 16:14:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-20 13:35:42.542675
• Title: Universal programmable waveguide arrays
• Title（参考訳）: ユニバーサルプログラマブル導波路アレイ
• Authors: Akram Youssry, Alberto Peruzzo,
• Abstract要約: 単位は量子状態の進化を制御し、量子タスクにおいて重要な可逆変換を可能にする。 プログラム可能な導波路アレイを用いて任意のユニタリ行列を実現するための理論的枠組みを提案する。 我々はPWAを量子フォトニックコンピューティングの普遍的でスケーラブルなアーキテクチャとして確立した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Implementing arbitrary unitary transformations is crucial for applications in quantum computing, signal processing, and machine learning. Unitaries govern quantum state evolution, enabling reversible transformations critical in quantum tasks like cryptography and simulation and playing key roles in classical domains such as dimensionality reduction and signal compression. Integrated optical waveguide arrays have emerged as a promising platform for these transformations, offering scalability for both quantum and classical systems. However, scalable and efficient methods for implementing arbitrary unitaries remain challenging. Here, we present a theoretical framework for realizing arbitrary unitary matrices through programmable waveguide arrays (PWAs). We provide a mathematical proof demonstrating that cascaded PWAs can implement any unitary matrix within practical constraints, along with a numerical optimization method for customized PWA designs. Our results establish PWAs as a universal and scalable architecture for quantum photonic computing, effectively bridging quantum and classical applications, and positioning PWAs as an enabling technology for advancements in quantum simulation, machine learning, secure communication, and signal processing.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティング、信号処理、機械学習の応用において、任意のユニタリ変換を実装することが不可欠である。 ユニットは量子状態の進化を制御し、暗号やシミュレーションのような量子タスクにおいて重要な可逆変換を可能にし、次元の減少や信号圧縮といった古典的な領域で重要な役割を担っている。 集積光導波路アレイはこれらの変換のための有望なプラットフォームとして登場し、量子システムと古典システムの両方にスケーラビリティを提供している。 しかし、任意のユニタリを実装するためのスケーラブルで効率的な方法はまだ難しい。 本稿では,プログラム可能な導波路アレイ(PWA)を用いて任意のユニタリ行列を実現するための理論的枠組みを提案する。 本稿では, ケースケード型PWAが任意のユニタリ行列を実用的制約内に実装できることを示す数学的証明と, カスタマイズされたPWA設計のための数値最適化手法を提案する。 我々はPWAを量子フォトニックコンピューティングの汎用的かつスケーラブルなアーキテクチャとして確立し、量子および古典的アプリケーションを効果的にブリッジし、PWAを量子シミュレーション、機械学習、セキュア通信、信号処理の進歩を可能にする技術として位置づけた。

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