論文の概要: Benchmarking Gaussian and non-Gaussian input states with a hybrid sampling platform

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.08433v1
• Date: Tue, 09 Dec 2025 10:02:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-10 22:28:07.907776
• Title: Benchmarking Gaussian and non-Gaussian input states with a hybrid sampling platform
• Title（参考訳）: ハイブリッドサンプリングプラットフォームを用いたガウス及び非ガウス入力状態のベンチマーク
• Authors: Michael Stefszky, Kai-Hong Luo, Jan-Lucas Eickmann, Simone Atzeni, Florian Lütkewitte, Cheeranjiv Pandey, Fabian Schlue, Jonas Lammers, Mikhail Roiz, Timon Schapeler, Laura Ares, Milad Yahyapour, Alexander Kastner, Joschua Martinek, Michael Mittermair, Carlos Sevilla, Marius Leyendecker, Oskar Kohout, Dmitriy Mitin, Ronald Holzwarth, Jan Sperling, Tim Bartley, Fabian Steinlechner, Benjamin Brecht, Christine Silberhorn,
• Abstract要約: Paderborn Quantum Sampler (PaQS)は、12モードの干渉計で8つのガウスまたは非ガウスの入力状態でサンプリング実験を行うことができるハイブリッドプラットフォームである。 このアーキテクチャは、他の異なる条件下で異なるサンプリングレシスタンスを直接、並べてベンチマークすることができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.783112437016815
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The original boson sampling paradigm-consisting of multiple single-photon input states, a large interferometer, and multi-channel click detection-was originally proposed as a photonic route to quantum computational advantage. Its non-Gaussian resources, essential for outperforming any classical system, are provided by single-photon inputs and click detection. Yet the drive toward larger experiments has led to the replacement of experimentally demanding single-photon sources with Gaussian states, thereby diminishing the available non-Gaussianity-a critical quantum resource. As the community broadens its focus from the initial sampling task to possible real-world applications, it becomes crucial to quantify the performance cost associated with reducing non-Gaussian resources and to benchmark sampling platforms that employ different input states. To address this need, we introduce the Paderborn Quantum Sampler (PaQS), a hybrid platform capable of performing sampling experiments with eight Gaussian or non-Gaussian input states in a 12-mode interferometer within a single experimental run. This architecture enables direct, side-by-side benchmarking of distinct sampling regimes under otherwise identical conditions. By employing a semi-device-independent framework, offering certification that does not rely on prior knowledge of the interferometer or the input states, we verify that the observed data cannot be reproduced by any classical model-a prerequisite for demonstrating quantum advantage. Applying this framework, we observe clear performance gains arising from non-Gaussian input states.
• Abstract（参考訳）: 複数の単一光子入力状態、大きな干渉計、およびマルチチャネルクリック検出からなるボソンサンプリングのパラダイムは、もともとは量子計算の優位性のためのフォトニック経路として提案されていた。 その非ガウス的資源は、いかなる古典的システムよりも優れており、単光子入力とクリック検出によって提供される。 しかし、より大きな実験への推進により、実験的に要求される単一光子源をガウス状態に置き換えることとなり、非ガウス性(Gaussianity-a critical quantum resource)が減少する。 コミュニティが初期サンプリングタスクから現実のアプリケーションへの焦点を広げるにつれ、非ガウス資源の削減に伴うパフォーマンスコストの定量化や、異なる入力状態を利用するサンプリングプラットフォームをベンチマークすることが重要となる。 そこで本研究では,12モードの干渉計を用いて,ガウスまたは非ガウス入力状態のサンプリング実験を行うハイブリッドプラットフォームPaderborn Quantum Sampler(PaQS)を紹介する。 このアーキテクチャは、他の異なる条件下で異なるサンプリングレシスタンスを直接、並べてベンチマークすることができる。 半デバイス非依存のフレームワークを用いて、干渉計や入力状態の事前の知識に依存しない認証を提供することにより、観測されたデータが古典的なモデルによって再生できないことを確認する。 この枠組みを適用して、非ガウス入力状態から生じる明らかな性能向上を観察する。

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