論文の概要: Decoy-state optical quantum information processing with coherent states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.04581v1
• Date: Sat, 03 Oct 2026 15:16:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-11 18:39:16.130506
• Title: Decoy-state optical quantum information processing with coherent states
• Title（参考訳）: コヒーレント状態を用いたデコイ状態光量子情報処理
• Abstract要約: フォトニック量子ビットは量子情報処理において重要な役割を果たす。 ここでは、位相ランダム化コヒーレント状態としきい値検出器を用いて、単一光子源とPNR検出器をシミュレートする。 我々は,コヒーレント状態プローブから観測可能な統計量に基づいてFock状態統計を予測するための単純な線形回帰法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.172523258680988
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Photonic qubits play an important role in quantum information processing. However, to date, efficient high-speed single photon sources and photon number resolving (PNR) detectors are still difficult to make. Here, we use phase-randomized coherent states and threshold detectors, combined with decoy-state post-processing, to simulate single photon sources and PNR detectors and perform various quantum information processing tasks. We propose a simple linear regression method to predict Fock state statistics based on observable statistics from coherent-state probes, combined with random/structured sampling of probe settings. Compared with traditional decoy-state post-processing based on linear programming and Cartesian product grid sampling, our method enables drastically improved accuracy and much reduced probe resources. It works particularly well for unknown unitary circuits of interest with fixed-size Hilbert space dimensions. For instance, it can accurately simulate 4-photon interference in linear optics with just 32 input/output probe settings and 6-photon interference with 256 probe settings. Moreover, it also works for non-unitary (such as lossy, nonlinear, or arbitrary) quantum channels. This enables a wide variety of applications that can be implemented with easily attainable coherent light sources and threshold detectors, such as characterization of small-scale linear optical quantum computing circuits or quantum sensing/metrology devices.
• Abstract（参考訳）: フォトニック量子ビットは量子情報処理において重要な役割を果たす。 しかし、これまでは高速な単一光子源と光子数分解(PNR)検出器の製作が困難であった。 ここでは、位相ランダム化されたコヒーレント状態としきい値検出器とデコイ状態後処理を組み合わせることで、単一光子源とPNR検出器をシミュレートし、様々な量子情報処理タスクを実行する。 本研究では,コヒーレント・ステート・プローブから観測可能な統計値に基づいてFock状態統計を予測し,ランダム/構造化されたプローブ設定のサンプリングと組み合わせた簡易線形回帰法を提案する。 線形プログラミングとCartesianの製品グリッドサンプリングに基づく従来のデコイ状態後処理と比較して,本手法は精度を大幅に向上し,プローブ資源を大幅に削減する。 特に、固定サイズのヒルベルト空間次元を持つ未知のユニタリ回路に対してうまく機能する。 例えば、32個の入出力プローブ設定で4光子干渉を正確にシミュレートし、256個のプローブ設定で6光子干渉を行うことができる。 さらに、非ユニタリ(損失、非線形、任意の)量子チャネルに対しても機能する。 これにより、小型の線形光量子コンピューティング回路や量子センシング/メカノロジーデバイスなど、容易に実現可能なコヒーレント光源やしきい値検出器で実装できる幅広いアプリケーションが可能になる。

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