模拟有损和部分可区分性量子光学电路: 理论、算法及其在实验验证和态准备中的应用

为了理解量子光学实验，我们必须考虑损耗、谱杂质和部分可区分性等主要噪声源进行计算。在離散和连续变量系统中，这些可以建模为多模态上的混合高斯态。模式并非全部被单子数测量分辨率，因此需要对粗粒化单子数分布进行计算。现有方法可能导致时间复杂度呈组合爆炸，使得即使是感兴趣的中等规模实验也难以实现。在本文中，我们证明了这类分布的计算可以在指数时间内完成，提供了组合加速。我们发展了数值技术，允许我们确定高斯态的粗粒化单子数分布，以及在谱杂质和部分可区分性存在下准备的非高斯态的密度矩阵元素。这些结果为 Fock 和高斯玻色采样器的验证测试提供了显著的速度和精度提升。此外，它们为更高效地模拟现实光子电路开辟了道路，使我们能够在此前无法触及的规模上进行精确计算。除了此之外，我们的結果，包括循环 Hafnian 主定理，可能對组合数学和图论领域感兴趣。