論文の概要: Programmable nonlinear function synthesis on a photonic processor with quantum signal processing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.14153v1
• Date: Sat, 12 Sep 2026 21:08:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-16 07:15:05.714278
• Title: Programmable nonlinear function synthesis on a photonic processor with quantum signal processing
• Title（参考訳）: 量子信号処理を用いたフォトニックプロセッサ上でのプログラム可能な非線形関数合成
• Abstract要約: 我々は,量子信号処理(QSP)とプログラマブルな干渉型フォトニック集積回路のネイティブ2モード動作の直接マッピングを確立する。 24モードのプログラマブルフォトニック集積回路上で、デュアルレール単一光子符号化を用いて、この対応を実験的に示す。 また,線形フォトニックハードウェア上での符号化変数のプログラム可能な非線形関数に対するアルゴリズム的経路を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.169596432364069
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Programmable photonic integrated circuits are emerging as increasingly large and versatile interferometric processors operating at room temperature. However, their native operations are linear, while many computational tasks require nonlinear input-output transformations that typically rely on nonlinear optical materials or resonant devices. Here, we establish a direct mapping between quantum signal processing (QSP) and the native two-mode operations of programmable interferometric photonic integrated circuits, showing that the $SU(2)$ structure required by QSP can be realized through programmable phase control and mode mixing. We experimentally demonstrate this correspondence using dual-rail single-photon encoding on a 24-mode programmable photonic integrated circuit, realizing QSP sequences up to depth $L=11$ and synthesizing STEP, ReLU and SELU functions through programmable phase control. The optical transformation remains linear, while repeated encoding of the input variable and coherent interference produce a nonlinear dependence of the output probabilities on the encoded variable. Across all accessible circuit depths, the measured responses follow the programmed QSP transformations, with hardware-induced mean squared errors between $10^{-3}$ and $10^{-2}$, all remaining below the intrinsic finite-depth approximation error. These results establish an algorithm-to-hardware mapping of QSP on programmable photonic processors. They also demonstrate an algorithmic route to programmable nonlinear functions of encoded variables on linear photonic hardware.
• Abstract（参考訳）: プログラム可能なフォトニック集積回路は、室温で動作する大規模で多用途なインターフェロメトリプロセッサとして出現している。 しかしながら、それらのネイティブ操作は線形であり、多くの計算タスクは、通常非線形光学材料や共鳴デバイスに依存する非線形入出力変換を必要とする。 ここでは,量子信号処理(QSP)とプログラマブル干渉型フォトニック集積回路のネイティブ2モード動作を直接マッピングし,QSPが要求する$SU(2)$構造がプログラム可能な位相制御とモード混合によって実現可能であることを示す。 我々は、24モードのプログラマブルフォトニック集積回路上でデュアルレール単一光子符号化を用いて、この対応を実験的に実証し、深さ$L=11$までのQSPシーケンスを実現し、プログラム可能な位相制御によりSTEP、ReLU、SELU関数を合成する。 光変換は線形であり、入力変数の繰り返し符号化とコヒーレント干渉は符号化された変数に対する出力確率の非線形依存を生成する。 全てのアクセス可能な回路深さにわたって、測定された応答はプログラムされたQSP変換に従っており、ハードウェアが引き起こした平均2乗誤差は10^{-3}$から10^{-2}$の間であり、全て本質的な有限深度近似誤差の下にある。 これらの結果は、プログラマブルフォトニックプロセッサ上のQSPのアルゴリズムからハードウェアへのマッピングを確立する。 また、線形フォトニックハードウェア上での符号化変数のプログラム可能な非線形関数へのアルゴリズム的経路を示す。

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