面向线性光学系统多光子原子系综量子模型的快速模拟：缓解维度灾难

光子是量子力学中的光的基本粒子，其动力学难以获得深入认识，尤其在复杂系统中。模拟是解决此问题的有力工具，但必须应对维度灾难，即基的数量随光子数呈指数增长。此处我们通过聚焦于由线性光学对象构成的、建模为二能级原子系综的光学系统来缓解此维度缩放。我们将多光子的时序演化算符分解为一组作用于单光子的时序演化算符。由于单光子时序演化算符的维度在光子数上比多光子的小指数倍，该分解使多光子模拟能以低得多的计算代价进行。我们将此方法应用于基本单光子和多光子现象，如 Hong-Ou-Mandel 干涉和 Bell-CHSH 不等式违背，并确认计算性质与实验结果定量可比。此外，我们的方法可视化了光子的空间传播，从而提供有助于量子技术实验设计的见解。