論文の概要: Single-acquisition tomography of photonic qubits with structured media
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.03052v1
- Date: Fri, 03 Jul 2026 07:42:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-07 22:26:29.50713
- Title: Single-acquisition tomography of photonic qubits with structured media
- Title（参考訳）: 構造媒体を用いたフォトニック量子ビットの単一取得トモグラフィ
- Abstract要約: 量子状態トモグラフィーは、量子システムを特徴づけるための重要なツールである。
本稿では,光偏光量子ビットを1回の取得で情報的に完全な計測を行うプラットフォームを提案する。
単一光子偏光状態と2光子偏光状態の両方の単一フレーム量子状態トモグラフィーを実験的に実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.39089069256361736
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum state tomography is an essential tool for characterizing quantum systems and underpins nearly every experimental realization of quantum technologies. Conventional tomography relies on performing a sequence of projective measurements on many identical copies of a quantum state, requiring the measurement apparatus to be reconfigured between successive acquisitions. As the Hilbert-space dimension increases, the number of required measurements grows rapidly; in practice, additional overcomplete measurements are often performed to improve robustness to experimental imperfections. Here, we introduce a tomography platform based on structured anisotropic media that performs informationally complete measurements of photonic polarization qubits within a single acquisition. The approach employs three liquid-crystal metasurfaces with spatially varying optic-axis orientations that transform the input polarization into a far-field distribution of discrete transverse-momentum modes. Each diffraction pattern uniquely determines the polarization state, enabling its reconstruction without sequential changes to the measurement apparatus. Unlike previous implementations, our scheme is intrinsically photon-number independent: the same optical device operates identically for arbitrary photon numbers, while the desired photon-number sector can be selected afterwards through post-selection of the corresponding $n$-fold coincidence events. We experimentally demonstrate single-frame quantum state tomography of both single- and two-photon polarization states, providing a simple and scalable route toward efficient quantum-state characterization.
- Abstract（参考訳）: 量子状態トモグラフィーは、量子システムを特徴づけ、量子技術のほぼすべての実験的実現を支える重要なツールである。
従来のトモグラフィーは、多くの同じ量子状態のコピーに対して一連の投影的測定を実行することに依存しており、連続した取得の間に測定装置を再構成する必要がある。
ヒルベルト空間の次元が大きくなるにつれて、必要な測定値の数は急速に増加し、実際は実験の不完全性に対する堅牢性を改善するために追加のオーバーコンプリート測定が行われる。
本稿では, 構造異方性媒質をベースとしたトモグラフィプラットフォームを提案する。
このアプローチでは、空間的に異なる光軸方向を持つ3つの液晶メタ曲面を用い、入力偏光を離散的横運動モードの遠距離分布に変換する。
各回折パターンは偏光状態を一意に決定し、測定装置に順次変更することなくその再構成を可能にする。
従来の実装と異なり、我々の方式は本質的には光子数独立であり、同じ光学装置が任意の光子数に対して同一に動作するのに対して、所望の光子数セクタは、対応する$n$-foldの一致イベントのポストセレクションによって選択することができる。
単一光子偏光状態と2光子偏光状態の両方の単一フレーム量子状態トモグラフィーを実験的に実証し、効率的な量子状態のキャラクタリゼーションに向けたシンプルでスケーラブルな経路を提供する。
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