High-dimensional quantum gates using full-field spatial modes of photons
Pourquoi ce travail est dans la base
Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.
Notice bibliographique
Résumé
Unitary transformations are the fundamental building blocks of gates and operations in quantum information processing, allowing the complete manipulation of quantum systems in a coherent manner. In the case of photons, optical elements that can perform unitary transformations are readily available only for some degrees of freedom, e.g., wave plates for polarization. However, for high-dimensional states encoded in the transverse spatial modes of light, performing arbitrary unitary transformations remains a challenging task for both theoretical proposals and actual implementations. Following the idea of multi-plane light conversion, we show that it is possible to perform a broad variety of unitary operations at high quality by using only a few phase modulation planes. More importantly, we experimentally implement several high-dimensional quantum gates for up to five-dimensional states encoded in the full-field mode structure of photons. In particular, we realize cyclic and quantum Fourier transformations, known as Pauli <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mover> <mml:mi>X</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">^</mml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> -gates and Hadamard <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mover> <mml:mi>H</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">^</mml:mo> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> -gates, respectively, with an average visibility of more than 90%. In addition, we demonstrate near-perfect “unitarity” by means of quantum process tomography, unveiling a process purity of 99%. Last, we demonstrate the benefit of the two independent spatial degrees of freedom, i.e., azimuthal and radial, and implement a two-qubit controlled-NOT quantum operation on a single photon. Thus, our demonstrations open up new paths to implement high-dimensional quantum operations, which can be applied to various tasks in quantum communication, computation, and sensing schemes.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle