論文の概要: Characterizing Photonic Partial Distinguishability Through Gram Matrix Tomography
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.06736v1
- Date: Mon, 05 Oct 2026 17:19:13 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-08 23:18:09.305211
- Title: Characterizing Photonic Partial Distinguishability Through Gram Matrix Tomography
- Title（参考訳）: グラムマトリックストモグラフィによるフォトニック部分識別性の評価
- Abstract要約: 純またはほぼ純粋な内部状態を持つ独立に調製された光子に対するグラムマトリクストモグラフィー
純粋な状態の場合、グラム行列は内部自由度に敏感な実験の統計を予測するのに必要な全ての情報を含んでいる。
内部状態に敏感でない実験の予測値と実際の結果との総偏差距離を制御する明示的な誤差境界を導出する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Partial distinguishability affects multiphoton interference, which is central to large-scale photonic experiments such as Boson Sampling and to applications of multiphoton states across quantum technologies. Characterizing the internal degrees of freedom responsible for this behavior is challenging: in many scenarios they cannot be accessed directly and even their dimension or physical nature may be unknown \emph{a priori}. Here we introduce Gram-matrix tomography for independently prepared photons with pure or nearly pure internal states. For pure states, the Gram matrix contains all information required to predict the statistics of experiments that are insensitive to the internal degrees of freedom. We reconstruct this matrix, up to physically irrelevant phase choices, from a quadratic number of measurable Bargmann invariants (quantities encoding overlap magnitudes and collective phases). We access these quantities using two complementary approaches: targeted Fourier interferometers and two- and three-body photon-number correlations measured in a single random interferometer. We derive explicit error bounds that control the total-variation distance between predicted and actual outcome distributions for any subsequent experiment that is insensitive to the internal states. These guarantees account for finite sampling and deviations from purity. Crucially, the total sample complexity of the protocol is independent of the internal Hilbert-space dimension and polynomial under mild assumptions on overlaps of internal states. Our protocol uses standard interferometric measurements and turns them into a robust and operationally grounded characterization of partially distinguishable photons.
- Abstract（参考訳）: 偏微分性は、ボソンサンプリングのような大規模なフォトニック実験や、量子技術の多光子状態の応用の中心となる多光子干渉に影響を及ぼす。
多くのシナリオでは、それらは直接アクセスできず、その次元や物理的性質さえも未知の「emph{a priori}」である可能性がある。
ここでは、純粋またはほぼ純粋な内部状態を持つ独立に調製された光子に対するGram-matrixトモグラフィーを紹介する。
純粋な状態の場合、グラム行列は内部自由度に敏感な実験の統計を予測するのに必要な全ての情報を含んでいる。
我々はこの行列を、物理的に無関係な位相選択まで、可測なバルグマン不変量(重なりの大きさと集合位相を符号化する量)の二次数から再構成する。
これらの量には、2つの相補的なアプローチ、すなわち1つのランダム干渉計で測定されたフーリエ干渉計と2体および3体光子数相関を用いてアクセスする。
予測結果と実際の結果分布の総偏差距離を制御する明示的誤差境界を導出する。
これらの保証は、純度からの有限サンプリングと偏差を考慮に入れている。
重要なことに、プロトコルの全体のサンプルの複雑さは内部のヒルベルト空間次元と多項式とは独立であり、内部状態の重なりに関する軽度の仮定の下では成り立たない。
本プロトコルでは、標準干渉計測を用いて、部分的に識別可能な光子の頑健かつ運用上の特性を特徴付ける。
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