論文の概要: Quantum Gouy phase singularities in a propagating biphoton state
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.08962v1
- Date: Sun, 09 Aug 2026 23:53:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-11 19:16:37.008096
- Title: Quantum Gouy phase singularities in a propagating biphoton state
- Title（参考訳）: 伝播二光子状態における量子グーイ相特異点
- Authors: Takumi Jinushi, Hirokazu Kobayashi,
- Abstract要約: 量子グーイ相は、絡み合った光子対の長手伝播空間において非局所位相特異点を生成することを示す。
蓄積したラジアルモード依存のグーイ相は、双光子空間モード成分の破壊的干渉を引き起こす。
この結果は,非局所特異光を横方向の空間相関から縦方向の伝搬ダイナミクスまで拡張する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Phase singularities are topological defects around which the phase winds by an integer multiple of $2π$. In entangled multiphoton states, they can emerge nonlocally in the joint wavefunction rather than in the field of either subsystem alone. Here we show that the quantum Gouy phase generates nonlocal phase singularities (NPSs) in the two-dimensional longitudinal propagation space of entangled photon pairs. We consider photon pairs produced via spontaneous parametric down-conversion pumped by a Laguerre--Gaussian beam, with the signal and idler photons propagating independently over different longitudinal distances. The accumulated radial-mode-dependent Gouy phases induce destructive interference among biphoton spatial-mode components, producing isolated intensity nulls with quantized phase winding. For a pump with radial mode number $p$, the NPS topological charges have magnitude $p$, whereas their propagation positions and charge signs are governed by the Rayleigh ranges of the pump and phase-matching functions. We further identify the radial-mode structure required for their formation, showing that separable biphoton states cannot support isolated longitudinal NPSs. Our results extend nonlocal singular optics from transverse spatial correlations to longitudinal propagation dynamics and establish propagation distance as a coordinate space for topological structures in entangled photon pairs.
- Abstract（参考訳）: 位相特異点は、位相が2π$の整数倍で曲がる位相的欠陥である。
絡み合った多光子状態においては、どちらもサブシステムのフィールドではなく、関節波動関数において非局所的に現れる。
ここでは、量子グーイ相が交叉光子対の二次元長手伝播空間において非局所位相特異点(NPS)を生成することを示す。
ラゲール-ガウスビームで励起された自発パラメトリックダウンコンバージョンにより生成される光子対について,信号とアイドラー光子が異なる長手距離で独立に伝播すると考えられる。
蓄積したラジアルモード依存のグーイ相は、二光子空間モード成分間の破壊的干渉を誘発し、量子化された位相巻線を持つ孤立強度ヌルを生じる。
放射モード番号$p$のポンプの場合、NPSのトポロジカルチャージは等級$p$であり、その伝播位置とチャージサインはポンプと位相整合関数のレイリー範囲によって制御される。
さらに,その形成に必要な放射モード構造を同定し,分離可能な二光子状態は孤立長手NPSをサポートできないことを示した。
その結果,非局所特異光は横方向の空間相関から縦方向の伝播ダイナミクスまで拡張され,交絡光子対における位相構造のための座標空間として伝播距離が確立された。
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