論文の概要: Photon catalysis for general multimode multi-photon quantum state preparation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.19397v1
- Date: Fri, 25 Jul 2025 16:03:35 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-28 16:16:49.026958
- Title: Photon catalysis for general multimode multi-photon quantum state preparation
- Title（参考訳）: 一般多モード多光子量子状態合成のための光子触媒
- Authors: Andrei Aralov, Émilie Gillet, Viet Nguyen, Andrea Cosentino, Mattia Walschaers, Massimo Frigerio,
- Abstract要約: 多モード多光子状態は多くのフォトニック量子技術の中心にある。
我々は、マルチポート干渉計のみを用いて、正確にかつ制御された数ステップで、そのような状態を発生させる手順を導出する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.724906166244428
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: Multimode multiphoton states are at the center of many photonic quantum technologies, from photonic quantum computing to quantum sensing. In this work, we derive a procedure to generate exactly, and with a controlled number of steps, any such state by using only multiport interferometers, photon number resolving detectors, photon additions, and displacements. We achieve this goal by establishing a connection between photonic quantum state engineering and the algebraic problem of symmetric tensor decomposition. This connection allows us to solve the problem by using corresponding results from algebraic geometry and unveils a mechanism of photon catalysis, where photons are injected and subsequently retrieved in measurements, to generate entanglement that cannot be obtained through Gaussian operations. We also introduce a tensor decomposition, that generalizes our method and allows to construct optimal circuits for particular classes of states. As a benchmark, we numerically evaluate our method and compare its performance with state-of-the art results, confirming 100% fidelity on different classes of states.
- Abstract（参考訳）: 多モード多光子状態は、フォトニック量子コンピューティングから量子センシングまで、多くのフォトニック量子技術の中心にある。
本研究は,マルチポート干渉計,光子数分解検出器,光子加算器,変位計のみを用いて,正確にかつ制御された多数のステップを発生させる手順を導出する。
我々は、フォトニック量子状態工学と対称テンソル分解の代数的問題との接続を確立することで、この目標を達成する。
この接続により、代数幾何学の対応する結果を用いてこの問題を解決し、光子を注入し、その後測定で回収する光子触媒のメカニズムを明らかにし、ガウス演算では得られない絡み合いを生成する。
また、テンソル分解を導入し、この手法を一般化し、特定の状態のクラスに対して最適な回路を構築することができる。
ベンチマークとして,提案手法を数値的に評価し,その性能を最先端技術と比較し,各クラスにおける100%の忠実度を確認した。
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