論文の概要: Tracking the Evolution of Near-Field Photonic Qubits into High-Dimensional Qudits via State Tomography
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.20590v1
- Date: Tue, 29 Apr 2025 09:42:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:54.828963
- Title: Tracking the Evolution of Near-Field Photonic Qubits into High-Dimensional Qudits via State Tomography
- Title（参考訳）: 状態トモグラフィによる近接場フォトニック量子の高次元量子への進化の追跡
- Authors: Amit Kam, Shai Tsesses, Lior Fridman, Yigal Ilin, Amir Sivan, Guy Sayer, Kobi Cohen, Amit Shaham, Liat Nemirovsky-Levy, Larisa Popilevsky, Meir Orenstein, Mordechai Segev, Guy Bartal,
- Abstract要約: ナノフォトニックプラットフォームは、従来の自由度(DoF)からナノフォトニックプラットフォームのDoFに情報を転送することができる。
最近の実験では、光子の全角運動量(TAM)をナノフォトニックプラットフォームにおいて絡み合った量子ビットを生成するユニークな方法として利用している。
ここでは, ナノフォトニック系の近接場に対向する単一光子の量子情報の進化を明らかにする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.548707143541636
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum nanophotonics offers essential tools and technologies for controlling quantum states, while maintaining a miniature form factor and high scalability. For example, nanophotonic platforms can transfer information from the traditional degrees of freedom (DoFs), such as spin angular momentum (SAM) and orbital angular momentum (OAM), to the DoFs of the nanophotonic platform - and back, opening new directions for quantum information processing. Recent experiments have utilized the total angular momentum (TAM) of a photon as a unique means to produce entangled qubits in nanophotonic platforms. Yet, the process of transferring the information between the free-space DoFs and the TAM was never investigated, and its implications are still unknown. Here, we reveal the evolution of quantum information in heralded single photons as they couple into and out of the near-field of a nanophotonic system. Through quantum state tomography, we discover that the TAM qubit in the near-field becomes a free-space qudit entangled in the photonic SAM and OAM. The extracted density matrix and Wigner function in free-space indicate state preparation fidelity above 97%. The concepts described here bring new concepts and methodologies in developing high-dimensional quantum circuitry on a chip.
- Abstract（参考訳）: 量子ナノフォトニクスは、小型のフォームファクタと高いスケーラビリティを維持しながら、量子状態を制御するための重要なツールと技術を提供する。
例えば、ナノフォトニックプラットフォームは、スピン角運動量(SAM)や軌道角運動量(OAM)といった従来の自由度(DoF)からナノフォトニックプラットフォームのDoFへ情報を転送し、バックに量子情報処理の新しい方向を開くことができる。
最近の実験では、光子の全角運動量(TAM)をナノフォトニックプラットフォームにおいて絡み合った量子ビットを生成するユニークな方法として利用している。
しかし、自由空間のDoFとTAMの間で情報を転送する過程は調査されず、その意味はいまだ不明である。
ここでは, ナノフォトニック系の近接場に対向する単一光子の量子情報の進化を明らかにする。
量子状態トモグラフィーにより、近接場における TAM 量子ビットが、フォトニックSAM と OAM に絡み合った自由空間 qudit となることが分かる。
抽出された密度行列と自由空間のウィグナー関数は, 97%以上の状態生成忠実度を示す。
ここで説明する概念は、チップ上で高次元量子回路を開発するための新しい概念と方法論をもたらす。
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