論文の概要: Optimal Interaction Free Localization with Multipath Interferometers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.26293v1
• Date: Tue, 28 Jul 2026 21:35:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-30 21:06:25.486985
• Title: Optimal Interaction Free Localization with Multipath Interferometers
• Title（参考訳）: マルチパス干渉計を用いた最適相互作用自由局在化
• Abstract要約: 我々は、$d$パス干渉計上に構築された3段階のプロトコルが、このタスクの正確なワンショット最適化を実現することを証明した。 次に、量子コム形式を用いてシングルパス戦略を超えて、問題を全てのマルチパス戦略に対して正確に最適化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Interaction-free measurement (IFM) certifies the presence of an absorbing object without a photon ever being absorbed by it. When several candidate locations are available, existing protocols can also identify which one holds the absorber, but they do so by testing paths sequentially through two-path interferometers, resolving a binary presence question at each step. We propose a different approach: probing all candidate locations at once, with the photon prepared in a coherent superposition across every path before a single measurement resolves the outcome. We prove that a three-stage protocol built on a $d$-path interferometer attains the exact one-shot optimum for this task, and we extend it to $k$ absorbers among $d$ paths, where the no-absorption branch encodes the entire absorber subset coherently rather than revealing individual locations one by one. The dark port therefore ceases to be a mere witness of presence and becomes a location-resolving signal. We then move beyond single-pass strategies using the quantum-comb formalism, casting the problem as an exact optimization over all multi-pass strategies and showing that adaptive protocols surpass the one-shot ceiling. Enriching the interferometer geometry with one additional path guaranteed to be empty, we show that sequential scanning, bright-port recycling, and Zeno-type interrogation all become particular feasible strategies within this same optimization, rather than separate benchmarks to compare against. This unified formulation identifies the optimal interaction-free localization strategy for any given set of resources, opening a route toward loss-resilient quantum imaging protocols for the study of fragile, absorption-sensitive samples.
• Abstract（参考訳）: IFM(Interaction-free Measurement)は、光子を吸収しない吸収物の存在を認証する。 いくつかの候補位置が利用可能である場合、既存のプロトコルは、吸収体を保持するものを特定することもできるが、2経路干渉計を通して順次パスをテストすることで、各ステップでバイナリ存在質問を解決することができる。 我々は、全ての候補位置を一度に探索し、単一の測定によって結果が解決される前に、光子を全経路にわたってコヒーレントな重ね合わせで生成するアプローチを提案する。 我々は、$d$パス干渉計上に構築された3段階のプロトコルが、このタスクの正確な1ショットの最適化を達成することを証明し、それを$d$パス間で$k$吸収器に拡張する。 そのため、暗黒の港は単なる存在の証人でありなくなり、位置解決信号となる。 次に、量子コム形式を用いたシングルパス戦略を超えて、この問題を全マルチパス戦略の正確な最適化とみなし、適応プロトコルがワンショット天井を超えることを示す。 干渉計幾何を1つの追加経路で拡張することにより、逐次走査、明るいポートのリサイクル、およびゼノ型尋問が、比較するベンチマークを別々に行うのではなく、同じ最適化の中で特に実現可能な戦略となることを示す。 この統一的な定式化は、任意のリソース集合に対する最適な相互作用自由なローカライゼーション戦略を特定し、脆弱で吸収に敏感なサンプルの研究のための損失耐性量子イメージングプロトコルへの道を開く。

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