Photon-number moments and cumulants of Gaussian states
Notice bibliographique
Résumé
We develop closed-form expressions for the moments and cumulants of Gaussian states when measured in the photon-number basis. We express the photon-number moments of a Gaussian state in terms of the loop Hafnian, a function that when applied to a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>-matrix representing the adjacency of a graph, counts the number of its perfect matchings. Similarly, we express the photon-number cumulants in terms of the Montrealer, a newly introduced matrix function that when applied to a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>-matrix counts the number of Hamiltonian cycles of that graph. Based on these graph-theoretic connections, we show that the calculation of photon-number moments and cumulants are #P-hard. Moreover, we provide an exponential time algorithm to calculate Montrealers (and thus cumulants), matching well-known results for Hafnians. We then demonstrate that when a uniformly lossy interferometer is fed in every input with identical single-mode Gaussian states with zero displacement, all the odd-order cumulants but the first one are zero. Finally, we employ the expressions we derive to study the distribution of cumulants up to the fourth order for different input states in a Gaussian boson sampling setup where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math> identical states are fed into an <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>&#x2113;</mml:mi></mml:math>-mode interferometer. We analyze the dependence of the cumulants as a function of the type of input state, squeezed, lossy squeezed, squashed, or thermal, and as a function of the number of non-vacuum inputs. We find that thermal states perform much worse than other classical states, such as squashed states, at mimicking the photon-number cumulants of lossy or lossless squeezed states.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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 | 0,001 |
| 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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».