論文の概要: Scalable Generation of Macroscopic Fock States Exceeding 10,000 Photons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.05118v1
- Date: Thu, 08 Jan 2026 17:06:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-09 17:01:53.29651
- Title: Scalable Generation of Macroscopic Fock States Exceeding 10,000 Photons
- Title（参考訳）: 1万光子を放出したマクロフォック状態のスケーラブルな生成
- Authors: Ming Li, Weizhou Cai, Ziyue Hua, Yifang Xu, Yilong Zhou, Zi-Jie Chen, Xu-Bo Zou, Guang-Can Guo, Luyan Sun, Chang-Ling Zou,
- Abstract要約: 我々は,1万ドルを超えるフォック状態を生成するために,シングルボソニックモードでKerr-Engineered Multi-lensプロトコルを導入する。
我々の枠組みは巨大フォック状態の量子-古典遷移の探索を可能にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.281172262109983
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The scalable preparation of bosonic quantum states with macroscopic excitations poses a fundamental challenge in quantum technologies, limited by control complexity and photon-loss rates that severely constrain prior theoretical and experimental efforts to merely dozens of excitations per mode. Here, based on the duality of the quantum state evolution in Fock state space and the optical wave-function propagation in a waveguide array, we introduce a Kerr-engineered multi-lens protocol in a single bosonic mode to deterministically generate Fock states exceeding $10,000$ photons. By optimizing phase and displacement operations across lens groups, our approach compensates for non-paraxial aberrations, achieving fidelities above $73\%$ in numerical simulations for photon numbers up to $N=100,000$. Counterintuitively, the protocol's execution time scales as $N^{-1/2}$ with the target photon number $N$, exhibiting robustness against the photon loss. Our framework enables exploration of quantum-to-classical transitions of giant Fock states, paving the way for advanced quantum metrology with significant quantum gains, and error-corrected quantum information processing in high-dimensional Hilbert spaces.
- Abstract（参考訳）: マクロな励起を伴うボソニックな量子状態のスケーラブルな調製は、制御複雑性と光子損失率によって制限された量子技術において根本的な課題となり、1モードあたりの数十個の励起に先立って理論的および実験的努力を厳しく制約する。
ここでは、フォック状態空間における量子状態進化と導波路アレイにおける光波関数伝播の双対性に基づいて、110,000ドルを超えるフォック状態を決定論的に生成するシングルボソニックモードのカーエンジニアリングマルチレンズプロトコルを導入する。
レンズ群間の位相および変位操作を最適化することにより,非パラ軸収差を補正し,光子数に対して最大100,000ドルまでの数値シミュレーションで73\%以上の忠実度を達成できる。
反対に、プロトコルの実行時間はターゲット光子番号$N$で$N^{-1/2}$とスケールし、光子損失に対する堅牢性を示す。
我々のフレームワークは、巨大フォック状態の量子-古典遷移の探索を可能にし、重要な量子ゲインを持つ高度な量子メートル法と、高次元ヒルベルト空間における誤り訂正量子情報処理の道を開いた。
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