論文の概要: Hyperloss from coherent spatial-mode mixing in quantum-correlated networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.21982v1
• Date: Mon, 23 Mar 2026 13:45:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-24 19:11:39.69364
• Title: Hyperloss from coherent spatial-mode mixing in quantum-correlated networks
• Title（参考訳）: 量子関連ネットワークにおけるコヒーレント空間モード混合からのハイパーロス
• Authors: Stephan Grebien, Julian Gurs, Roman Schnabel, Mikhail Korobko,
• Abstract要約: 量子関連ネットワークは、圧縮された状態や絡み合った状態のような量子資源を分散する。 損失によるデコヒーレンス(英語版)は、強い量子優位性への支配的な障害である。 本研究では,高次空間モードとのコヒーレントな空間モード混合により,100%以上の損失が生じることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum-correlated networks distribute quantum resources such as squeezed and entangled states. These states are central to modern quantum technology, including photonic quantum computing, quantum communications, non-destructive biological sensing and gravitational-wave detection. Even for squeezed states of light - the most robust quantum-correlated resource - loss-induced decoherence remains the dominant obstacle to strong quantum advantage in in large-scale interferometric and networked quantum systems. Common design assumption in these applications is treating mismatches between spatial modes as a small, incoherent loss. Here we show that this picture can fail: coherent spatial-mode mixing with higher-order spatial modes can produce an apparent loss exceeding 100% relative to the initial squeezing, a regime we term hyperloss. We experimentally demonstrate hyperloss in a minimal two-node quantum network: with only 8% mode mismatch, a 5.8dB squeezed state is converted into an effectively thermal state with no quadrature squeezing, eliminating the quantum advantage. Because the effect is coherent, it is controllable: lost correlations can be recovered by tuning differential spatial-mode phases (e.g., Gouy-/propagation-phase). We demonstrate this recovery experimentally, not only eliminating the hyperloss, but even significantly suppressing the mode mismatch loss, with 15% geometric mismatch acting like only ~2.8% effective loss. Hyperloss is a design-limiting mechanism for all quantum networks with squeezed light, from from photonic quantum processors to large-scale interferometers and distributed quantum-sensing networks. Our results provide a practical route to avoid hyperloss and turn mode mismatch into an explicit, phase-aware design parameter for future quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 量子関連ネットワークは、圧縮された状態や絡み合った状態のような量子資源を分散する。 これらの状態は、フォトニック量子コンピューティング、量子通信、非破壊生物学的センシング、重力波検出など、現代の量子技術の中心である。 光の圧縮状態 — 最も堅牢な量子関連資源 — でさえ、損失によって引き起こされたデコヒーレンス(英語版)は、大規模な干渉計とネットワーク化された量子システムにおいて、強い量子優位性への支配的な障害である。 これらの応用における一般的な設計の前提は、空間モード間のミスマッチを小さな不整合損失として扱うことである。 高次空間モードとのコヒーレントな空間モード混合は、初期スクイーズに比べて100%以上の損失を生じさせる。 我々は、最小の2ノード量子ネットワークにおいてハイパーロスを実験的に示す: 8%モードミスマッチしか持たない5.8dBの圧縮状態は、2次スキーズを伴わずに効果的に熱状態に変換され、量子的優位性は排除される。 この効果はコヒーレントであるため、制御可能である: 損失相関は、微分空間モード位相(例えば、グーイ/プロパゲーション位相)をチューニングすることによって回復することができる。 我々は、この回復を実験的に実証し、ハイパーロスを除去するだけでなく、モードミスマッチの損失を著しく抑制し、15%の幾何学的ミスマッチはわずか2.8%の有効損失しか生じないことを示した。 ハイパーロス(Hyperloss)は、フォトニック量子プロセッサから大規模干渉計、分散量子センシングネットワークに至るまで、すべての量子ネットワークに光を絞った設計制限機構である。 提案手法は,ハイパーロスやモードミスマッチを,将来の量子技術のための明示的で位相対応な設計パラメータに変えるための実用的な方法である。

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