多路复用光子数分辨探测器的理论框架

光子计数是量子光学和量子信息处理的基础组成部分。然而,实现理想的光子数分辨(PNR)探测器仍面临实验挑战。多路复用PNR检测提供了一种可扩展的实用替代方案——通过将光子分配到多个模式并使用简单的通断探测器检测光子存在,从而实现近似光子数分辨。该工作建立了此类探测器的理论模型,并证明光子数矩的估计误差与探测器数量成反比下降。得益于增强的PNR能力,多路复用PNR探测器在猫态培育协议中展现出优势。假设采用双光子扣除方案、7dB压缩态和20个效率为95%的探测器阵列,该团队计算预测保真度可达~0.88,成功概率~3.8%,较先前研究实现了数量级提升。类似提升也适用于广义光子数扣除的猫态生成。研究结果表明,采用数十个片上集成通断探测器阵列,在实验可行参数下可实现兆赫兹速率的猫态生成。

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