論文の概要: Programmable Hong--Ou--Mandel interference in a giant-atom beam splitter

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.18530v2
• Date: Thu, 17 Sep 2026 08:13:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-20 08:55:53.78922
• Title: Programmable Hong--Ou--Mandel interference in a giant-atom beam splitter
• Title（参考訳）: プログラム可能なHong-Ou---巨大原子ビームスプリッタにおけるマンデル干渉
• Abstract要約: 2光子量子干渉は量子力学の目印である。 2つの導波路に結合した巨大原子(GA)がプログラム可能なHOM干渉計として機能することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 42.251249875282475
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The Hong--Ou--Mandel (HOM) effect is a hallmark of two-photon quantum interference, in which two indistinguishable photons impinging on a balanced beam splitter bunch into the same output port. Here, we show that a giant atom (GA), coupled to two waveguides through two coupling points each, can function as a programmable HOM interferometer, enabling continuous control over single-photon beam splitting and two-photon interference. This programmability arises from coupling-phase differences in the GA, which tune its self-interference and directionality, and thereby its scattering response. To characterize the two-photon interference, we analyze the scattering of two Gaussian single-photon wave packets injected through different waveguides and evaluate the bunching and antibunching (coincidence) probabilities of the resulting four output ports. At the operating point where the GA acts as an effective 50:50 beam splitter for single photons, we observe a pronounced HOM dip as the relative input delay between the two wave packets is varied. Away from this point, adjusting the coupling phases continuously tunes the two-photon output statistics between bunching into the same output port and antibunching across distinct output ports. In addition, we explore an application to quantum parameter estimation, showing that small deviations of coupling phases can be estimated from the two-photon output statistics, with the achievable sensitivity quantified by the classical Fisher information associated with a binary coincidence measurement. Our giant-atom beam splitter thus provides a programmable platform for two-photon interference in waveguide quantum electrodynamics, with potential applications in quantum information processing, quantum communication, and quantum sensing.
• Abstract（参考訳）: 香港・ウー・マンデル効果(Hong-Ou-Mandel effect、HOM)は、2光子量子干渉の目印であり、平衡ビームスプリッタ束に衝突する2つの不明瞭な光子が同じ出力ポートに衝突する。 ここでは,2つの結合点から2つの導波路に結合した巨大原子(GA)が,プログラム可能なHOM干渉計として機能し,単一光子ビーム分割と2光子干渉の連続制御を可能にすることを示す。 このプログラム性は、自己干渉と方向を調整したGAのカップリング位相差から生じ、それによって散乱応答が生じる。 2光子干渉を特徴付けるために、異なる導波路を介して注入される2つのガウス単光子波束の散乱を分析し、その結果の4つの出力ポートの束および反バンチ確率を評価する。 GAが単一光子に対して有効な50:50ビームスプリッタとして機能する動作点において、2つのウェーブパケット間の相対的な入力遅延が変化するように、発音されたHOMディップを観察する。 この点から、結合相の調整は、同じ出力ポートに束ねることと、異なる出力ポートにまたがるアンチバンチの間で、2光子出力統計を継続的に調整する。 さらに,2光子出力統計値から結合位相の小さな偏差を推定できることを示す量子パラメータ推定への応用について検討した。 我々の巨大原子ビームスプリッターは、導波路量子電磁力学における2光子干渉のためのプログラム可能なプラットフォームを提供し、量子情報処理、量子通信、量子センシングに応用できる可能性がある。

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