論文の概要: Optimizing photon-number distributions of Gaussian states in the presence of loss: Towards minimizing the impact of loss in Gaussian boson sampling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.20401v1
• Date: Fri, 20 Mar 2026 18:22:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-24 19:11:38.890319
• Title: Optimizing photon-number distributions of Gaussian states in the presence of loss: Towards minimizing the impact of loss in Gaussian boson sampling
• Title（参考訳）: 損失存在下でのガウス状態の光子数分布の最適化:ガウス粒子サンプリングにおける損失の影響の最小化に向けて
• Authors: Hendrik Ellenberg, René Sondenheimer,
• Abstract要約: ガウス状態の光子数統計に対する光子損失の影響を解析する。 本研究では, 減圧真空状態の光子数分布の偏差を緩和するいくつかの手法を提案し, 評価する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We analyze the impact of photon loss on the photon-number statistics of Gaussian states. Specifically, we propose and carefully evaluate several methods to mitigate deviations in the photon-number distributions of lossy (displaced) squeezed vacuum states from those of their lossless counterparts. These methods rely on appropriately redefining the parameters of Gaussian states when the loss budget is known in order to recover, as closely as possible, the desired photon-number distribution associated with each target state. While it is intrinsically hard to directly optimize the photon-number distribution of high-dimensional, correlated multimode Gaussian states, the proposed methods are instead based on optimizing specific key properties such as fidelity, phase-space functions, low-order moments of the underlying photon-number statistics, or overlap with the vacuum state. In particular, our results show that optimizing the fidelity between a pure Gaussian target state and a modified Gaussian state that has passed through a loss channel does typically not result in closeness of the corresponding photon-number distributions. Furthermore, we show that correcting for the vacuum overlap minimizes the deviation in the photon-number distribution for large parameter ranges which we explicitly prove for single-mode squeezed vacuum and provide numerical evidence for general (displaced) squeezed vacuum states. As photon loss is a key limitation for Gaussian boson sampling, our results provide insights into the feasibility and limitations of such photonic quantum simulations in lossy environments and offer guidelines for mitigating these imperfections.
• Abstract（参考訳）: ガウス状態の光子数統計に対する光子損失の影響を解析する。 具体的には、損失(置換)された真空状態と損失のない真空状態との光子数分布の偏差を緩和するいくつかの方法を提案し、慎重に評価する。 これらの方法は、損失予算が知られているときにガウス状態のパラメータを適切に再定義し、可能な限り、各目標状態に関連付けられた所望の光子数分布を復元することに依存する。 高次元の相関多モードガウス状態の光子数分布を直接最適化することは本質的に難しいが、提案手法は、その代わりに、忠実度、位相空間関数、基礎となる光子数統計の低次モーメント、または真空状態と重なる特定の鍵特性を最適化することに基づいている。 特に,損失チャネルを通過した純ガウス目標状態と修正ガウス状態との忠実度を最適化することは,通常,対応する光子数分布の近接性にはならないことを示す。 さらに、真空重なりの補正は、大きなパラメータ範囲の光子数分布の偏差を最小限に抑え、単一モードの圧縮真空に対して明確に証明し、一般的な(置換された)圧縮真空状態の数値的証拠を与えることを示した。 光子損失はガウスボソンサンプリングの鍵となる限界であるので、この結果は、損失環境における光子量子シミュレーションの実現可能性と限界に関する洞察を与え、これらの不完全性を緩和するためのガイドラインを提供する。

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