論文の概要: Programmable pixel-mode linear interferometers using multi-plane light conversion
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.15836v1
- Date: Mon, 16 Mar 2026 19:08:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-18 17:42:06.959292
- Title: Programmable pixel-mode linear interferometers using multi-plane light conversion
- Title（参考訳）: 多面光変換を用いたプログラム可能な画素モード線形干渉計
- Authors: Mushkan Sureka, Itay Ozer, Wenhua He, Michael R. Grace, Chaohan Cui, Saikat Guha,
- Abstract要約: 我々は、空間的にタイル化された自由空間画素モードで直接線形光学変換を実装するためのプログラム可能なアーキテクチャを解析および実験的に実証する。
このアーキテクチャでは、横格子上に配置された空間モード$M$はユニタリ変換を受け、同一幾何学の出力モード$M$にマッピングされる。
数値シミュレーションにより、任意の$M$モードのユニタリを所望の高忠実度にコンパイルできることが示される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7286236337636302
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Programmable linear optical interferometers are a core primitive in optical signal processing, quantum information processing, and photonic computing. Existing photonic-integrated implementations realize arbitrary $M$-mode unitaries using Mach--Zehnder-interferometer meshes whose footprint and accumulated loss scale with $O(M^2)$ optical components. Here we analyze and experimentally demonstrate a programmable architecture for implementing linear optical transformations directly on spatially tiled free-space pixel modes using multi-plane light conversion (MPLC). In this architecture, $M$ spatial modes arranged on a transverse lattice undergo a unitary transformation and are mapped to $M$ output modes of identical geometry through a sequence of programmable phase masks separated by free-space propagation segments. Numerical simulations show that arbitrary $M$-mode unitaries can be compiled to a desired high fidelity using a number of phase planes that scales approximately linearly with $M$. Using a spatial-light-modulator-based MPLC, we experimentally demonstrate programmable interferometers acting on up to $16$ spatial pixel modes, including tunable beamsplitters, Hadamard unitaries, spatial permutations, boosted-Bell-measurement unitaries, and partial unitaries on select subsets of modes. These results establish MPLC-based pixel-mode interferometers as a promising architecture for programmable linear optics with applications in classical and quantum optical interconnects, photonic switching, and quantum information processing.
- Abstract（参考訳）: プログラム可能な線形光干渉計は、光信号処理、量子情報処理、フォトニックコンピューティングにおいてコアプリミティブである。
既存のフォトニック集積実装は、光学部品が$O(M^2)のフットプリントと蓄積された損失スケールを持つマッハ-ツェンダー干渉計メッシュを用いて、任意の$M$モードのユニタリを実現する。
本稿では,マルチプレーン光変換(MPLC)を用いて,空間タイル付き自由空間画素モードに直接線形光変換を実装するためのプログラム可能なアーキテクチャを解析および実験的に実証する。
このアーキテクチャでは、一元変換を受ける横格子上に配置された$M$空間モードを、自由空間伝播セグメントで区切られたプログラム可能な位相マスクの列を通じて、同一幾何学の出力モードにマッピングする。
数値シミュレーションにより、任意の$M$モードのユニタリを所望の高忠実度にコンパイルできることが示される。
空間光変調器を用いたMPLCを用いて、可変ビームスプリッタ、アダマールユニタリー、空間置換、ブースター・ベル測定ユニタリー、部分ユニタリーなど、最大16ドルの空間画素モードで動作するプログラム可能な干渉計を実験的に実証した。
これらの結果は、古典的および量子光学的相互干渉、フォトニックスイッチング、および量子情報処理に応用された、プログラマブル線形光学のための有望なアーキテクチャとしてMPLCベースの画素モード干渉計を確立する。
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