論文の概要: Theory of Deterministic Photon-Loss Subspaces for Quantum Interferences

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.07253v1
• Date: Fri, 07 Aug 2026 14:09:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-10 16:21:25.527717
• Title: Theory of Deterministic Photon-Loss Subspaces for Quantum Interferences
• Title（参考訳）: 量子干渉に対する決定論的光子ロス部分空間の理論
• Abstract要約: 損失系における量子干渉に対する決定論的光子損失部分空間(DPLS)の理論を提案する。 DPLSは、散逸系における量子干渉を正確に制御するために用いられる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.001025618410444
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum coherence, quantum decoherence, and photon number reduction are coexistent in linear lossy optical systems. However, how these three elements combine together to determine the evolution of the quantum light remains unclear. Here, based on singular value decomposition (SVD), we propose the theory of deterministic photon-loss subspace (DPLS) for quantum interferences in lossy systems. By performing an SVD of scattering matrices with singular values either 0 or 1, a series of completely lossy and lossless input modes are first defined. According to n_1,...,n_i photons in the first,..., i-th lossy modes, the Hilbert space of the input states can be decomposed into a set of orthogonal subspaces H_((n_1,...,n_i ))^in, i.e., deterministic photon-loss subspaces (DPLSs). When the concept of DPLS is established, the input state can be projected onto these DPLSs. In each DPLS, the photons in lossy modes will be completely dissipated, while those in lossless modes experience a unitary evolution. The output state is a statistical mixture of the evolved outcomes of all projections, since decoherence is a concurrent process. Then, based on the DPLS theory, we not only revisited Anti-HOM interference and the distillation of quantum states, but also demonstrate a robust W-state generation for various input states in a three-port lossy system with one-dimensional DPLSs. Through investigating the loss-induced subspace structure of the system, our general theory for analyzing quantum state evolution in lossy systems explicitly reveals the interplay among quantum coherence, quantum decoherence, and photon number reduction. By engineering the loss, the constructed DPLSs can be used to precisely control quantum interferences in dissipative systems, with potential applications in quantum state preparation, quantum logic operations, and other quantum information processes.
• Abstract（参考訳）: 量子コヒーレンス、量子デコヒーレンス、光子数減少は、線形損失光学系において共存する。 しかし、これらの3つの元素がどのように結合して量子光の進化を決定するのかは不明のままである。 ここでは、特異値分解(SVD)に基づいて、損失系における量子干渉に対する決定論的光子損失部分空間(DPLS)の理論を提案する。 0 または 1 のどちらかの特異値を持つ散乱行列のSVDを実行することにより、完全に損失のない一連の入力モードが最初に定義される。 n_1, ..., n_i 光子により、入力状態のヒルベルト空間は直交部分空間 H_((n_1, ..., n_i ))^in の集合、すなわち決定論的光子損失部分空間(DPLS)に分解できる。 DPLSの概念が確立されると、これらのDPLSに入力状態が投影される。 各DPLSでは、損失モードの光子は完全に散逸し、損失モードの光子はユニタリ進化を経験する。 出力状態は、デコヒーレンスが並行過程であるため、すべての射影の進化した結果の統計的混合である。 そして、DPLS理論に基づいて、反HOM干渉と量子状態の蒸留を再考しただけでなく、1次元DPLSを持つ3ポート損失系において、様々な入力状態に対して堅牢なW状態生成を示す。 系の損失誘起部分空間構造を調べることによって、損失系における量子状態の進化を解析するための一般的な理論は、量子コヒーレンス、量子デコヒーレンス、光子数減少の間の相互作用を明確に示している。 この損失をエンジニアリングすることで、構築されたDPLSは、量子状態の準備、量子論理演算、その他の量子情報プロセスにおける潜在的な応用を含む散逸系における量子干渉を正確に制御することができる。

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