基于结构的三光子量子态超分辨重构：源自二重符合测量

量子信息领域在过去十年中发展迅速。基于 KLM 方案和簇态概念的光学量子计算，在光子数规模上已见证了更大、更复杂系统的实验实现。量子光学系统具有长相干时间和单量子比特易操控性，使我们能够探测光本身及其周围物理系统的量子性质。最近，一种依赖于粒子玻色子性质的线性量子计算方案已被提出并在光子实验中得以实现。高效测量由多个光子组成的量子态叠加对于此类系统的表征至关重要。事实上，整个量子信息领域完全依赖于从测量中恢复量子态的能力。然而，量子态的表征需要大量测量，且往往需要复杂的测量方案；例如，表征量子比特需要多次测量。在此，我们利用光在物理上感兴趣的量子态所固有的结构，以降低量子态恢复的复杂度。具体而言，我们设计了一种方法，仅通过在单一设置下的二重关联测量即可恢复三光子量子态。相较于三重符合，采用二重符合进行测量能够在少得多的测量次数下恢复量子态，并获得显著更高的信噪比 (SNR)，因为探测双光子事件的可能性远高于三光子事件。此处提出的概念为量子态层析成像中基于结构的超分辨技术开辟了道路，例如在单一装置中恢复未知基矢下的量子态，以及在不使用光子数分辨探测器的情况下恢复多光子态。