单光子轨道角动量的傅里叶变换

实现单量子dit量子计算门的光学网络可能展现出优于量子比特网络的特性，因为网络中的每个光学元件都可以同时在多个光学模式上并行工作。我们提出一类重要的此类网络，以确定性且高效的方式在任意大维度上实现量子傅里叶变换（QFT）。这些网络将初始量子态重新分配到路径和轨道角动量（OAM）自由度中，并表现出两种工作模式。既可以实现仅使用OAM的QFT（将路径作为内部辅助自由度），也可以实现仅使用路径的QFT（将OAM作为辅助自由度）。两种方案所需的资源随系统维度 $d$ 线性缩放 $O(d)$，优于已知的路径编码QFT的最佳界限。尽管单光子的轨道角动量态的QFT已在大量实验中得到应用，但这些方案需要具有非平凡相位分布的专门设计元件。相比之下，我们提出了一种仅使用常规光学元件的不同方法。