論文の概要: Simulating Universal Quantum Gate Sets on Photonic OAM Qubits: Single-Qubit and Multi-Qubit Operations via Spatial Light Modulator Phase Holography

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.26088v1
• Date: Wed, 24 Jun 2026 17:57:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-25 17:05:30.423184
• Title: Simulating Universal Quantum Gate Sets on Photonic OAM Qubits: Single-Qubit and Multi-Qubit Operations via Spatial Light Modulator Phase Holography
• Title（参考訳）: フォトニックOAM量子ビット上のユニバーサル量子ゲートセットのシミュレーション:空間光変調器位相ホログラフィによる単一ビットおよび複数ビット演算
• Abstract要約: 光量子情報処理のための再構成可能なプラットフォームとして空間光変調器(SLM)が登場した。 本稿では,HOLOEYE LC 2012 トランスミッションSLMに実装された量子ゲート演算の包括的シミュレーションとハードウェアによる忠実度解析について述べる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4460583138505672
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Spatial light modulators (SLMs) have emerged as reconfigurable platforms for photonic quantum information processing, offering software-defined control over the orbital angular momentum (OAM) of light encoded in Laguerre-Gaussian (LG) beams. This paper presents a comprehensive simulation and hardware-grounded fidelity analysis of quantum gate operations implemented on the HOLOEYE LC 2012 transmissive SLM. A realistic three-channel noise model comprising 8-bit quantisation noise, twisted-nematic (TN) electronic and thermal noise, and phase-wrap clipping error is obtained from the manufacturer's datasheet without free-parameter fitting, yielding a total noise of $σ_{\text{total}} = 92.4\text{mrad}$. The complete universal single-qubit gate set $\{X, Y, Z, S, T, H\}$ and two-qubit entangling gates $\{\text{CNOT}, \text{CZ}, \text{SWAP}\}$ are simulated on a $512 \times 512$ computational grid. Results show that predicted gate fidelity are in the range of $F = 0.9914\text{--}0.9936$, with fork grating gates limited primarily by TN noise and phase gates achieving higher fidelity owing to zero phase-wrap clipping error. In addition, Bell state preparation via the H-CNOT circuit achieves $F(Φ^+) = 0.9914$ after two SLM interactions. We benchmark our obtained results against six published experimental studies spanning the 78%--99.6% fidelity range. Finally, a wavelength-dependent analysis identifies 450--532 nm operation as the optimal regime for this device.
• Abstract（参考訳）: 空間光変調器(SLM)は光量子情報処理のための再構成可能なプラットフォームとして登場し、ラゲール・ガウス(LG)ビームで符号化された光の軌道角運動量(OAM)に対するソフトウェア定義制御を提供する。 本稿では,HOLOEYE LC 2012 トランスミッションSLMに実装された量子ゲート演算の包括的シミュレーションとハードウェアによる忠実度解析について述べる。 8ビット量子化ノイズ、ツイストネマティック(TN)電子・熱ノイズ、位相破断クリッピング誤差からなる現実的な3チャンネルノイズモデルが、フリーパラメータフィッティングなしで製造者のデータシートから得られ、総ノイズは$σ_{\text{total}} = 92.4\text{mrad}$となる。 完全普遍的な単一量子ゲートセット $\{X, Y, Z, S, T, H\}$ および2量子エンタングルゲートセット $\{\text{CNOT}, \text{CZ}, \text{SWAP}\}$ は512 \times 512$ 計算グリッド上でシミュレートされる。 その結果、予測ゲートの忠実度は$F = 0.9914\text{-}0.9936$の範囲にあり、フォークグレーティングゲートは主としてTNノイズと位相ゲートによって制限され、位相破断誤差がゼロとなるため、高い忠実度を達成する。 さらに、H-CNOT回路によるベル状態の調製は、2つのSLM相互作用の後に$F(a^+) = 0.9914$に達する。 得られた結果を78%～99.6%の忠実度範囲にわたる6つの実験結果と比較した。 最後に、波長依存解析により、450--532nmの動作をこの装置の最適状態として同定する。

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