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广义多光子量子干涉

Max Tillmann、Si Hui Tan、Sarah E.Stoeckl、Barry C.Sanders、Hubert de Guise、RenéHeilmann、Stefan Nolte、Alexander Szamet和Philip Walter
物理学。修订版X5,041015–2015年10月27日出版

摘要

光子的非经典干涉是光学量子信息处理的核心。在这里,我们利用可调谐的可分辨性来揭示多光子非经典干涉的全光谱。我们通过控制注入到集成干涉网络中的三个光子的延迟时间,从理论和实验上对此进行了研究。我们推导出了整个重合景观,并将过渡矩阵内模识别为理想的函数,以描述具有任意可分辨性的输入光子的广义情况。我们引入了一个紧凑的描述,利用一个自然基将输入状态与干涉网络解耦,从而为更大的光子数提供了一个有用的工具。

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  • 收到日期:2015年4月22日

内政部:https://doi.org/10.103/PhysRevX.5.041015

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美国物理学会出版

作者和附属机构

马克斯·蒂尔曼1,*四会滩2莎拉·斯托克1巴里·桑德斯3,4休伯特·德吉塞5勒内·海尔曼6斯特凡·诺尔特6亚历山大·萨梅特6、和菲利普·沃尔瑟1

  • 1奥地利维也纳A-1090 Boltzmanngasse 5号维也纳大学物理学院
  • 2新加坡理工大学,20 Dover Drive,138682 Singapore
  • 加拿大阿尔伯塔省卡尔加里市卡尔加里大学量子科学与技术研究所
  • 4加拿大高等研究院量子信息科学项目,加拿大安大略省多伦多市,M5G 1Z8
  • 5加拿大安大略省雷湾湖滨大学物理系,P7B 5E1
  • 6德国耶拿Max-Wien-Platz 1,D-07743,Friedrich-Schiller Universityät Jena,阿贝光子学中心应用物理研究所

  • *max.tillmann@univie.ac.邮箱:

热门摘要

粒子的非经典干涉是一种真正的量子现象。这种效应不仅具有基本的科学意义,而且对于量子计算、量子通信和量子计量学等光学量子技术至关重要。令人惊讶的是,非经典干涉不仅与粒子的相干性有关,还与第二个性质有关,即粒子在置换下的对称性。近30年前,利用两个单光子通过平衡分束器传播,实现了第一个实验。然而,仅略微增加光子数量,同时允许任意干涉网络,这使得问题更加复杂。在这里,我们提出了一种新的复杂多光子干涉描述,该描述涵盖了光子的全部可能区分范围。我们考虑了所有情况,包括光子完全不可区分的最大干扰、光子部分不可区分和光子完全可区分的最小干扰(即经典情况)。

利用集成光子量子技术和一个三光子分布在五种干涉模式上的线性光学量子网络,我们从理论和实验上证明,控制偏离完美可分辨性的偏差不仅具有科学意义,而且对于应用也具有直接的重要性。通过调整光子的时间延迟,我们发现干涉程度是由光子本身的特性调制的。我们的方法适用于任意粒子的可分辨性和任何干涉结构,因此可以应用于一大类量子光学场景。作为一个例子,我们展示了利用多光子干涉的最近量子计算模型的不同实例是如何受到影响的。

我们预计,我们的研究结果将推动未来更多光子的研究。

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第5卷,第。2015年10月4日至12月

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