論文の概要: Principles of Optics in the Fock Space: Scalable Manipulation of Giant Quantum States

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.10325v1
• Date: Thu, 15 Jan 2026 12:10:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-16 19:43:19.127324
• Title: Principles of Optics in the Fock Space: Scalable Manipulation of Giant Quantum States
• Title（参考訳）: フォック空間における光学の原理:巨大量子状態のスケーラブルな操作
• Authors: Yifang Xu, Yilong Zhou, Ziyue Hua, Lida Sun, Jie Zhou, Weiting Wang, Weizhou Cai, Hongwei Huang, Lintao Xiao, Guangming Xue, Haifeng Yu, Ming Li, Chang-Ling Zou, Luyan Sun,
• Abstract要約: 量子領域における波動伝播の概念的枠組みを確立する。 最大180光子による光伝搬,屈折,レンズリング,分散,干渉のフォック空間アナログを実験的に実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.607235253114633
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The manipulation of distinct degrees of freedom of photons plays a critical role in both classical and quantum information processing. While the principles of wave optics provide elegant and scalable control over classical light in spatial and temporal domains, engineering quantum states in Fock space has been largely restricted to few-photon regimes, hindered by the computational and experimental challenges of large Hilbert spaces. Here, we introduce ``Fock-space optics", establishing a conceptual framework of wave propagation in the quantum domain by treating photon number as a synthetic dimension. Using a superconducting microwave resonator, we experimentally demonstrate Fock-space analogues of optical propagation, refraction, lensing, dispersion, and interference with up to 180 photons. These results establish a fundamental correspondence between Schrödinger evolution in a single bosonic mode and classical paraxial wave propagation. By mapping intuitive optical concepts onto high-dimensional quantum state engineering, our work opens a path toward scalable control of large-scale quantum systems with thousands of photons and advanced bosonic information processing.
• Abstract（参考訳）: 光子の異なる自由度の操作は、古典情報処理と量子情報処理の両方において重要な役割を果たす。 波動光学の原理は、空間的および時間的領域における古典的な光に対するエレガントでスケーラブルな制御を提供するが、フォック空間の工学的な量子状態は、大きなヒルベルト空間の計算的および実験的課題によって妨げられる少数の光子状態に大きく制限されている。 本稿では,光子数を合成次元として扱うことにより,量子領域における波動伝播の概念的枠組みを確立する。 超伝導マイクロ波共振器を用いて, 最大180光子による光伝搬, 屈折, レンズリング, 分散, 干渉のフォック空間アナログを実験的に実証した。 これらの結果は、単一ボソニックモードにおけるシュレーディンガー進化と古典的同軸波伝播の基本的な対応性を確立する。 直感的な光学概念を高次元量子状態工学にマッピングすることで、何千もの光子と高度なボソニック情報処理を備えた大規模量子システムのスケーラブルな制御への道を開くことができる。

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