論文の概要: Any DOF All at Once: Single Photon State Tomography in a Single Measurement Setup

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.22869v2
• Date: Thu, 01 Jan 2026 07:01:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-05 13:15:27.586774
• Title: Any DOF All at Once: Single Photon State Tomography in a Single Measurement Setup
• Title（参考訳）: 一度にすべてのDOF:単光子状態のトモグラフィー
• Authors: Roey Shafran, Ron Ziv, Mordechai Segev,
• Abstract要約: 光量子技術は、様々な自由度(DOF)の光を使って量子情報を符号化する。 複数のDOFにまたがる単一光子ハイパーエンタングルの密度行列を再構成する枠組みを提案する。 理想カプラとマルチモードファイバを用いた単一光子OAMスピンとOAM周波数の絡み合った状態に対して数値解析を行った。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.047056701241378535
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Photonic quantum technologies utilize various degrees of freedom (DOFs) of light, such as polarization, frequency, and spatial modes, to encode quantum information. In the effort of further improving channel capacity and increasing the complexity of available quantum operations, high-dimensional and hyperentangled states are now gaining interest. Efficiently measuring these high dimensional states is challenging due to the large number of measurements required for reconstructing the full density matrix via quantum state tomography (QST), and the fact that each measurement requires some modification in the experimental setup. Here, we propose a framework for reconstructing the density matrix of a single-photon hyperentangled across multiple DOFs using a single intensity-measurement obtainable from traditional cameras, and discuss extensions for multiphoton hyperentangled states. Our method hinges on the spatial DOF of the photon and uses it to encode information from other DOFs. We numerically demonstrate this method for single-photon OAM-spin and OAM-frequency entangled states using an ideal coupler and a multimode fiber, to perform the spatial information mixing and encoding. This technique simplifies the experimental setup and reduces acquisition time compared to traditional QST based methods. Moreover, it allows recovery of DOFs that conventional cameras cannot detect, such as polarization, thus eliminating the need for projection measurements.
• Abstract（参考訳）: 光量子技術は、偏光、周波数、空間モードなどの様々な自由度(DOF)を利用して量子情報を符号化する。 チャネルキャパシティをさらに向上し、利用可能な量子演算の複雑さを増大させることで、高次元および高絡み合った状態が注目されている。 これらの高次元状態の効率的な測定は、量子状態トモグラフィ(QST)による完全な密度行列の再構成に必要な多数の測定結果と、それぞれの測定が実験装置で若干の修正を必要とするという事実により困難である。 本稿では,従来のカメラから得られる単一強度測定を用いて,複数のDOFにまたがる単一光子ハイパーアングル状態の密度行列を再構成する枠組みを提案し,多光子ハイパーアンタングル状態の拡張について議論する。 本手法は,光子の空間的DOFに基づいて,他のDOFからの情報を符号化する。 理想カプラとマルチモードファイバを用いて単一光子OAMスピンとOAM周波数の絡み合った状態に対して数値解析を行い、空間情報混合および符号化を行う。 この手法は,従来のQST法と比較して,実験的なセットアップを簡略化し,取得時間を短縮する。 さらに、従来のカメラでは検出できない分極などのDOFの回復を可能にし、プロジェクション測定の必要がなくなる。

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