論文の概要: Incoherent behavior of partially distinguishable photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.05047v2
• Date: Mon, 08 Sep 2025 13:28:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-09 16:12:15.122062
• Title: Incoherent behavior of partially distinguishable photons
• Title（参考訳）: 部分識別可能な光子の非コヒーレントな挙動
• Authors: Emilio Annoni, Stephen C. Wein,
• Abstract要約: フォトニックデバイスにおける量子干渉を制限する重要な要因は光子識別性である。 多光子干渉解析のための基盤非依存フレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Photon distinguishability is a key factor limiting quantum interference in photonic devices, directly impacting the performance of protocols such as Boson Sampling and photonic quantum computing. We present a basis-independent framework for analyzing multi-photon interference, identifying a necessary and sufficient condition under which distinguishability behaves as a stochastic error process. This condition enables any multi-photon state to be uniquely expressed as a classical mixture of partition states -- discrete configurations representing different patterns of photon distinguishability. We introduce an experimentally implementable operation, analogous to Pauli twirling, that enforces this condition without compromising computational hardness. The resulting probability distribution over partition states defines the system's incoherent distinguishability spectrum, which we show can be fully characterized through a specific set of experiments. Building on this structure, we also demonstrate the existence of an error mitigation strategy. This framework clarifies key challenges in defining genuine multi-photon indistinguishability, links previous perspectives on partial distinguishability, and provides a rigorous foundation for robust photonic protocols.
• Abstract（参考訳）: 光子識別性は、フォトニックデバイスにおける量子干渉を制限する重要な要素であり、ボソンサンプリングやフォトニック量子コンピューティングなどのプロトコルの性能に直接影響を及ぼす。 本稿では,多光子干渉を解析する基盤非依存のフレームワークを提案する。 この条件により、任意の多光子状態は分割状態の古典的な混合として一意に表現できる。 パウリ・ツイリング(Pauli twirling)に類似した実験的に実装可能な演算を導入し、計算硬度を損なうことなくこの条件を強制する。 分割状態に対する確率分布は、システムの不整合性スペクトルを定義し、そのスペクトルは特定の実験によって完全に特徴づけられることを示す。 この構造に基づいて、エラー軽減戦略の存在を実証する。 このフレームワークは、真の多重光子区別不可能性を定義する上で重要な課題を明らかにし、偏微分可能性に関する以前の見解をリンクし、堅牢なフォトニックプロトコルのための厳密な基盤を提供する。

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