利用多端口分束器紧凑化线性光学幺正变换
量子物理
2026-02-03 v3 光学
摘要
我们证明，任何 N 维幺正矩阵都可以通过有限序列的级联相同固定多端口分束器（MBSs）和移相器（PSs）来实现。我们的构造基于应用于现有分解的李群定理。利用 Bell-Walmsley-Clements 框架，我们证明了任何 N 维幺正变换需要 N+2 个相位掩模、N-1 个固定 MBS 和 N-1 个 BS。与需要 O(N²) 个固定 BS 的传统方案（如 Clements 方案）相比，我们的方案仅需要 O(N) 个固定、相同的组件（MBS 和 BS），同时保持了相同数量的 PS。在实验上，这些 MBS 可以通过飞秒激光写入实现为单片元件，通过降低插入损耗提供优越的性能。作为一个应用，我们展示了一个可重构的线性光学电路，该电路实现了在明确区分两个非正交量子比特状态时出现的三维幺正变换。
引用
@article{arxiv.2505.11371,
title = {Compactifying linear optical unitaries using multiport beamsplitters},
author = {P. A. Ameen Yasir and Peter van Loock},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.11371},
year = {2026}
}
备注
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