論文の概要: Programming Quantum Measurements of Time inside a Complex Medium

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.14565v1
• Date: Wed, 21 Jan 2026 01:08:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-22 21:27:50.197133
• Title: Programming Quantum Measurements of Time inside a Complex Medium
• Title（参考訳）: 複合媒質内における時間量子計測のプログラミング
• Authors: Dylan Danese, Vatshal Srivastav, Will McCutcheon, Saroch Leedumrongwatthanakun, Mehul Malik,
• Abstract要約: 我々は,光時間ビンの高次元重ね合わせのための一般化された測定をプログラムするために,単一の多モードファイバを利用する方法を示す。 空間モードのエキサイティングなコヒーレント重ね合わせにより、ファイバ内の大きな非平衡多モード干渉計の等価性を設計する。 単一ファイバは、タイムビンキューディットのためのスケーラブルで共通パス干渉計として機能する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The temporal degree-of-freedom of light is incredibly powerful for modern quantum technologies, enabling large-scale quantum computing architectures and record key-rates in quantum key distribution. However, the generalized measurement of large and complex quantum superpositions of the time-of-arrival of a photon remains a unique experimental challenge. Conventional methods based on unbalanced Franson-type interferometers scale poorly with dimension, requiring multiple cascaded devices and active phase stabilization. In addition, these are limited by construction to a restricted set of phase-only superposition measurements. Here we show how the coupling of spatial and temporal information inside a single multi-mode fiber can be harnessed to program completely generalized measurements for high-dimensional superpositions of photonic time-bin. Using the multi-spectral transmission matrix of the fiber, we find special sets of spatial modes that experience distinct dispersive delays through the fiber. By exciting coherent superpositions of these spatial modes, we engineer the equivalent of large, unbalanced multi-mode interferometers inside the fiber and use them to perform high-quality measurements of arbitrary time-bin superpositions in up to dimension 11. The single fiber functions as a scalable, common-path interferometer for time-bin qudits that significantly eases the experimental overheads of standard approaches based on unbalanced Franson-type interferometers, serving as an essential tool for quantum technologies that harness the temporal properties of light.
• Abstract（参考訳）: 光の時間的自由度は、現代の量子技術にとって信じられないほど強力であり、大規模量子コンピューティングアーキテクチャと量子鍵分布におけるキーレートの記録を可能にしている。 しかし、光子の時変の大規模で複雑な量子重ね合わせの一般化された測定は、ユニークな実験的課題である。 アンバランスなフランソン型干渉計に基づく従来の手法は、複数のカスケードデバイスとアクティブフェイズ安定化を必要とするため、寸法に不一致でスケールする。 加えて、これらは構成によって位相のみの重ね合わせ測定に制限される。 ここでは、光時間ビンの高次元重ね合わせのための、完全に一般化された測定をプログラムするために、単一の多モードファイバ内の空間情報と時間情報の結合をいかに活用するかを示す。 ファイバのマルチスペクトル伝送行列を用いて、ファイバを介して異なる分散遅延を経験する空間モードの特別なセットを見つける。 これらの空間モードのエキサイティングなコヒーレント重ね合わせにより、ファイバ内の大きな非平衡多モード干渉計を設計し、それを用いて、最大次元11の任意の時間ビン重ね合わせの高品質な測定を行う。 単一ファイバーは、光の時間的特性を利用する量子技術にとって不可欠なツールとして機能し、非バランスのフランソン型干渉計に基づく標準アプローチの実験的オーバーヘッドを著しく緩和する、時間ビンキューディットのためのスケーラブルで共通パス干渉計として機能する。

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