論文の概要: Computed tomography of propagating microwave photons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.20318v2
- Date: Wed, 02 Jul 2025 09:57:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-03 12:13:55.5254
- Title: Computed tomography of propagating microwave photons
- Title（参考訳）: 伝播マイクロ波光子のCT
- Authors: Qi-Ming Chen, Aarne Keränen, Aashish Sah, Mikko Möttönen,
- Abstract要約: 伝播光子は、量子情報の分散と遠方のノード間の絡み合いに不可欠なリンクとして機能する。
Wigner関数の知識は、アクティブな情報キャリアとしての展開を可能にするだけでなく、量子処理ユニットから光子が受動的に漏れた際のエラー診断も提供する。
ここでは、超伝導体-正規金属-超伝導ボロメーターを用いたマイクロ波光子の増幅不要なウィグナー関数トモグラフィーを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5699788926464752
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Propagating photons serve as essential links for distributing quantum information and entanglement across distant nodes. Knowledge of their Wigner functions not only enables their deployment as active information carriers but also provides error diagnostics when photons passively leak from a quantum processing unit. While well-established for standing waves, characterizing propagating microwave photons requires post-processing of room-temperature signals with excessive amplification noise. Here, we demonstrate amplification-free Wigner function tomography of propagating microwave photons using a superconductor--normal-metal--superconductor bolometer based on the resistive heating effect of absorbed radiation. By introducing two-field interference in power detection, the bolometer acts as a sensitive and broadband quadrature detector that samples the input field at selected angles at millikelvin with no added noise. Adapting the principles of computed tomography (CT) in medical imaging, we implement Wigner function CT by combining quadrature histograms across different projection angles and demonstrate it for Gaussian states at the single-photon level. Compressed sensing and neural networks further reduce the projections to three without compromising the reconstruction quality. These results address the long-standing challenge of characterizing propagating microwave photons in a superconducting quantum network and establish a new avenue for real-time quantum error diagnostics and correction.
- Abstract（参考訳）: 伝播光子は、量子情報の分散と遠方のノード間の絡み合いに不可欠なリンクとして機能する。
Wigner関数の知識は、アクティブな情報キャリアとしての展開を可能にするだけでなく、量子処理ユニットから光子が受動的に漏れた際のエラー診断も提供する。
定在波に対して十分に確立されている一方で、伝搬マイクロ波光子の特徴付けには、過度の増幅雑音を伴う室温信号の処理後が必要である。
ここでは、吸収放射線の抵抗加熱効果に基づく超伝導体-正規金属-超伝導ボロメーターを用いたマイクロ波光子の増幅フリーウィグナー関数トモグラフィーを示す。
パワー検出に2フィールド干渉を導入することで、ボルメータは感度が高くブロードバンドな二次検出器として機能し、ミリケルビンで選択された角度で入力フィールドをノイズなしでサンプリングする。
医用画像におけるCT(Computer Tomography)の原理に適応し、異なる投射角度の2次ヒストグラムを合成し、単光子レベルでのガウス状態を示すことで、Wigner関数CTを実装した。
圧縮センシングとニューラルネットワークは、再構成品質を損なうことなく、プロジェクションを3つに減らす。
これらの結果は、超伝導量子ネットワークにおけるマイクロ波光子の伝播を特徴付けるという長年にわたる課題に対処し、リアルタイム量子エラーの診断と修正のための新たな道を開いた。
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