論文の概要: Noise-tolerant tomography of multimode linear optical interferometers with single photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.20490v1
• Date: Wed, 25 Jun 2025 14:36:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-26 21:00:42.791947
• Title: Noise-tolerant tomography of multimode linear optical interferometers with single photons
• Title（参考訳）: 単一光子を用いた多重モード線形光干渉計の耐雑音トモグラフィ
• Authors: Yu. A. Biriukov, R. D. Morozov, I. V. Dyakonov, M. V. Rakhlin, A. I. Galimov, G. V. Klimko, S. V. Sorokin, I. V. Sedova, M. M. Kulagina, Yu. M. Zadiranov, A. A. Toropov, A. A. Korneev, S. P. Kulik, S. S. Straupe,
• Abstract要約: 本稿では,線形光干渉計の伝達行列を再構成する手法を提案する。 我々のアプローチは、損失と光子の不明瞭さを考慮に入れており、実験的な不完全性に対して堅牢である。 その結果, 行列再構成における忠実度が高く, ボソンサンプリング実験における有効性を示した。
• 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: Linear optical networks are fundamental to the advancement of quantum technologies, including quantum computing, communication, and sensing. The accurate characterization of these networks, described by unitary matrices, is crucial to their effective utilization and scalability. In this work, we present the method for reconstructing the transfer matrix of a linear optical interferometer based on the analysis of cross-correlation functions of photon counts between pairs of output modes. Our approach accounts for losses and photon indistinguishability, making it robust to experimental imperfections. By minimizing the requirements for the input states, the method simplifies the experimental implementation. We demonstrate the effectiveness of our technique through theoretical modeling and experimental validation in a 4-mode programmable integrated optical interferometer. The results show high fidelity in matrix reconstruction and successful application in boson sampling experiments. In addition, we provide a comprehensive formalism for correlation functions and discuss the robustness of the method to measurement errors. This work offers a practical and efficient solution for characterizing linear-optical networks, paving the way for scaling up photonic quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 線形光学ネットワークは、量子コンピューティング、通信、センシングを含む量子技術の進歩に基礎を置いている。 これらのネットワークの正確な特性は、ユニタリ行列によって説明され、有効利用とスケーラビリティに不可欠である。 本研究では,光子の対の出力モード間の光子数の相互相関関数の解析に基づいて,線形光干渉計の伝達行列を再構成する手法を提案する。 我々のアプローチは、損失と光子の不明瞭さを考慮に入れており、実験的な不完全性に対して堅牢である。 入力状態の要求を最小化することにより、実験的な実装を単純化する。 4モードプログラマブル光干渉計の理論的モデリングと実験的検証により,本手法の有効性を実証する。 その結果, 行列再構成における忠実度が高く, ボソンサンプリング実験における有効性を示した。 さらに,相関関数を包括的に定式化し,誤差測定における手法の堅牢性について議論する。 この研究は、線形光学ネットワークを特徴付けるための実用的で効率的なソリューションを提供し、フォトニック量子技術のスケールアップの道を開く。

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