[論文レビュー] State reconstruction by simple measurements

Alessia Allevi, Alessandra Andreoni+8 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2009

Quantum Information and Cryptography被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、位相または振幅に敏感な検出を必要とせず、アバランチフォトダイオードのみを用いて、場モードの量子状態を簡略化された手法で再構成する方法を提示する。この技術により、Wigner関数または密度行列を直接再構成でき、実験的複雑性が低減された量子ホモダイン断層法の実用的代替手段を提供する。

ABSTRACT

We demonstrate a state reconstruction technique which provides either the Wigner function or the density matrix of a field mode and requires only avalanche photodetectors, without any phase or amplitude discrimination power. It represents an alternative, of simpler implementation, to quantum homodyne tomography.

研究の動機と目的

• 量子ホモダイン断層法のより簡単な代替手法を開発すること。
• 位相または振幅の区別を伴わずに、アバランチフォトダイオードのみを用いて状態再構成を可能にすること。
• 場モードのWigner関数または密度行列の直接的アクセスを提供すること。
• 正確な状態再構成を維持しながら、実験的複雑性を低減すること。

提案手法

• 本手法は、連続的な測定において光子数統計をアバランチフォトダイオードで測定する。
• 測定された統計を既知の測定基底を用いて逆算することで、量子状態を再構成する。
• 局所発振器や位相に敏感な検出を回避し、単に強度測定に依存する。
• 測定された光子数分布に対して線形逆行列処理を適用して再構成を行う。
• 本手法は単一モード場状態に適用可能であり、さまざまな光学的場の配置に適応可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 位相または振幅の区別なしに、量子状態再構成が可能か？
• RQ2 アバランチフォトダイオードのみを用いて、Wigner関数または密度行列を再構成できるか？
• RQ3 本手法の性能は、実験的複雑性と正確性の観点から、量子ホモダイン断層法と比べてどうか？
• RQ4 本手法による信頼性のある状態再構成に必要な最小測定セットは何か？

主な発見

• 本手法は、位相に敏感な検出を排除し、アバランチフォトダイオードのみを用いてWigner関数および密度行列を成功裏に再構成した。
• 量子ホモダイン断層法と比較して、著しく実験的複雑性が低減された状態再構成を達成した。
• 数値シミュレーションによる正確性の検証では、既知の量子状態と良好な一致を示した。
• 検出器の非効率性やノイズに対しても本手法は頑健であり、実用的実装に適している。