論文の概要: Theory Framework of Multiplexed Photon-Number-Resolving Detectors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.05554v1
• Date: Tue, 08 Jul 2025 00:34:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-09 16:34:37.458127
• Title: Theory Framework of Multiplexed Photon-Number-Resolving Detectors
• Title（参考訳）: 多重光子核分解検出器の理論枠組み
• Authors: Xiaobin Zhao, Hezheng Qin, Hong X. Tang, Linran Fan, Quntao Zhuang,
• Abstract要約: 多重光子磁気分解(PNR)検出器は、従来のPNR検出器に代わる実用的な代替手段を提供する。 本研究では,光子数モーメントによる推定誤差が検出器数に比例して減少することを示す。 実験により,数十個のON-OFF検出器のオンチップアレイを用いて,メガヘルツレートのキャットステート生成を実現することが可能であることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.34952465649465553
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: Photon counting is a fundamental component in quantum optics and quantum information. However, implementing ideal photon-number-resolving (PNR) detectors remains experimentally challenging. Multiplexed PNR detection offers a scalable and practical alternative by distributing photons across multiple modes and detecting their presence using simple ON-OFF detectors, thereby enabling approximate photon-number resolution. In this work, we establish a theoretical model for such detectors and prove that the estimation error in terms of photon number moments decreases inverse proportionally to the number of detectors. Thanks to the enhanced PNR capability, multiplexed PNR detector provides an advantage in cat-state breeding protocols. Assuming a two-photon subtraction case, 7dB of squeezing, and an array of 20 detectors of efficiency 95%, our calculation predicts fidelity ~ 0.88 with a success probability ~ 3.8%, representing orders-of-magnitude improvement over previous works. Similar enhancement also extends to cat-state generation with the generalized photon number subtraction. With experimentally feasible parameters, our results suggest that megahertz-rate cat-state generation is achievable using an on-chip array of tens of ON-OFF detectors.
• Abstract（参考訳）: 光子計数は量子光学と量子情報の基本成分である。 しかし、理想的な光子数分解(PNR)検出器の実装は実験的に困難である。 多重PNR検出は、複数のモードに光子を分散させ、単純なON-OFF検出器を用いてその存在を検出することで、スケーラブルで実用的な代替手段を提供する。 本研究では,そのような検出器の理論モデルを構築し,光子数モーメントによる推定誤差が検出器数に比例して減少することを証明する。 拡張されたPNR機能のおかげで、多重化PNR検出器は猫状態の育種プロトコルに有利である。 2光子減算の場合、7dBのスクイージングと、効率95%の20個の検出器の配列を仮定すると、我々の計算は、過去の作業よりも高次改善の順序を示す、成功確率~3.8%の忠実度~0.88を予測できる。 同様の拡張は、一般化された光子数減算による猫状態生成にも拡張される。 実験により,数十個のON-OFF検出器のオンチップアレイを用いて,メガヘルツレートのキャットステート生成を実現することが可能であることが示唆された。

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