論文の概要: Emulation of Coherent Absorption of Quantum Light in a Programmable Linear Photonic Circuit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.02541v1
- Date: Thu, 02 Oct 2025 20:18:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-06 16:35:52.164901
- Title: Emulation of Coherent Absorption of Quantum Light in a Programmable Linear Photonic Circuit
- Title（参考訳）: プログラマブルリニアフォトニック回路における量子光のコヒーレント吸収のエミュレーション
- Authors: Govind Krishna, Jun Gao, Sam O Brien, Rohan Yadgirkar, Venkatesh Deenadayalan, Stefan Preble, Val Zwiller, Ali W. Elshaari,
- Abstract要約: 非エルミート量子システムは、工学的な損失を通じて量子状態を操作する強力なツールを提供する。
量子光のコヒーレント吸収をエミュレートする非単位変換のプログラム可能な実装を示す。
出力フォック状態の確率振幅の連続的かつコヒーレントなチューニングとともに、反コヒーレンスや束縛などの非古典的効果を観察する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7586838672301934
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Non-Hermitian quantum systems, governed by nonunitary evolution, offer powerful tools for manipulating quantum states through engineered loss. A prime example is coherent absorption, where quantum states undergo phase-dependent partial or complete absorption in a lossy medium. Here, we demonstrate a fully programmable implementation of nonunitary transformations that emulate coherent absorption of quantum light using a programmable integrated linear photonic circuit, with loss introduced via coupling to an ancilla mode [Phys. Rev. X 8, 021017; 2018]. Probing the circuit with a single-photon dual-rail state reveals phase-controlled coherent tunability between perfect transmission and perfect absorption. A two-photon NOON state input, by contrast, exhibits switching between deterministic single-photon and probabilistic two-photon absorption. Across a range of input phases and circuit configurations, we observe nonclassical effects such as anti-coalescence and bunching, along with continuous and coherent tuning of output Fock state probability amplitudes. Classical Fisher information analysis reveals phase sensitivity peaks of 0.79 for single-photon states and 3.7 for NOON states, exceeding the shot-noise limit of 2 and approaching the Heisenberg limit of 4. The experiment integrates quantum state generation, programmable photonic circuitry, and photon-number-resolving detection, establishing ancilla-assisted circuits as powerful tools for programmable quantum state engineering, filtering, multiplexed sensing, and nonunitary quantum simulation.
- Abstract（参考訳）: 非エルミート量子系は非単位進化によって支配され、工学的な損失を通じて量子状態を操作する強力なツールを提供する。
第一の例はコヒーレント吸収(英語版)であり、量子状態は損失のある媒体において位相依存的な部分的あるいは完全な吸収を受ける。
ここでは、プログラム可能な線形フォトニック回路を用いて、量子光のコヒーレント吸収をエミュレートする非ユニタリ変換の完全プログラム可能な実装を示し、アンシラモードへの結合によって損失が生じる(Phys. Rev. X 8, 021017; 2018)。
単一光子二重レール状態で回路を探索すると、完全透過と完全吸収の間の位相制御されたコヒーレントチューナビリティが明らかになる。
一方、2光子NOON状態入力は、決定論的単光子と確率的2光子吸収の切り替えを示す。
入力位相と回路構成の幅広い範囲において、出力フォック状態確率振幅の連続的かつコヒーレントなチューニングとともに、反コヒーレンスやクラッキングのような非古典的な効果を観察する。
古典的なフィッシャー情報分析では、単一光子状態の位相感度は0.79、NOON状態の3.7であり、ショットノイズ限界は2、ハイゼンベルク限界は4である。
この実験は、量子状態生成、プログラマブルフォトニック回路、光子数分解検出を統合し、プログラム可能な量子状態工学、フィルタリング、多重センシング、非単位量子シミュレーションのための強力なツールとして、アンシラアシスト回路を確立する。
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