論文の概要: Experimental Observation of Purity-Like Invariants of Multi-photon States in Linear Optics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.12857v1
- Date: Sun, 15 Jun 2025 14:17:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-17 17:28:47.005556
- Title: Experimental Observation of Purity-Like Invariants of Multi-photon States in Linear Optics
- Title（参考訳）: 線形光学における多光子状態の純度様不変量の実験的観察
- Authors: Baichuan Yang, Hao Zhan, Minghao Mi, Aonan Zhang, Liang Xu, Lijian Zhang,
- Abstract要約: 多光子入力を持つ線形光ネットワーク(LON)は、高度な量子技術のための強力なプラットフォームを提供する。
全体状態純度は3つの異なる不変量に分解され、それぞれが単光子力学または多光子干渉から生じる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.649931243211384
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Linear optical networks (LONs) with multi-photon inputs offer a powerful platform for advanced quantum technologies. However, the number of degrees of freedom of a LON is far fewer than the dimensionality of the multi-photon multi-mode Fock space, therefore it cannot implement arbitrary unitary evolutions on multi-photon states. Understanding these intrinsic constraints is essential for the preparation, manipulation, and measurement of multi-photon states with LONs. Although several properties of the multi-photon state have been shown to be invariant under LON unitary evolution, their physical interpretation remains elusive. Here, we introduce a Hermitian transfer matrix approach to explore the multi-photon evolution, revealing that the overall state purity decomposes into three distinct invariants -- each arising from either single-photon dynamics or the multi-photon interference. We experimentally observe these purity-like invariants by preparing distinct initial states, applying LON unitaries, and measuring the resulting invariants. Our results not only confirm their conservation but also provide valuable insights into multi-photon state evolution in linear optics.
- Abstract（参考訳）: 多光子入力を持つ線形光ネットワーク(LON)は、高度な量子技術のための強力なプラットフォームを提供する。
しかし、LONの自由度数は多光子多モードフォック空間の次元よりもはるかに少ないため、多光子状態に任意のユニタリ展開を実装できない。
これらの本質的な制約を理解することは、LONを用いた多光子状態の生成、操作、測定に不可欠である。
多光子状態のいくつかの性質は、LONユニタリ進化の下で不変であることが示されているが、それらの物理的解釈はいまだ解明されていない。
ここでは、多光子進化を探索するエルミート移動行列のアプローチを導入し、全体状態純度が3つの異なる不変量に分解されることを示した。
異なる初期状態を作成し、LONユニタリを適用し、その結果の不変量を測定することにより、これらの純度様不変量を実験的に観察する。
この結果は、その保存性を確認するだけでなく、線形光学における多光子状態の進化に関する貴重な洞察を与える。
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