多光子干涉与对称SU(N)分束器及扩展型Hong-Ou-Mandel效应的广义化

该研究团队考察了采用对称SU(N)分束器SN的多光子干涉现象,这一现象扩展了SU(2)型50/50分束器的扩展Hong-Ou-Mandel(eHOM)效应特征。当总数为n的光子入射到N端口器件时,输出符合态(定义为每个输出端口具有相同光子数n/N)的振幅(概率)为零。这类态跃迁形式为|n₁,n₂,…,n_N⟩→SN|n/N⟩^⊗N(其中n=Σn_i),其推广了Hong-Ou-Mandel(HOM)效应|1,1⟩→S₂|1,1⟩、eHOM效应|n₁,n₂⟩→S₂|(n₁+n₂)/2,(n₁+n₂)/2⟩以及广义HOM效应(gHOM)|1⟩^⊗N→SN|1⟩^⊗N——这些效应在已有文献中均有研究。该工作重点阐释了整体相消干涉如何通过总零振幅中各子振幅的相消干涉群组实现。 研究人员进一步考察了对称SU(N)分束器对多光子Fock输入态|n₁,n₂,…,n_N⟩→|m₁,m₂,…,m_N⟩(满足Σn_i=Σm_i≝n)变换产生零符合态的广义情况。这些零符合现象与SN的对称性属性相关,超越了已知的零永久条件Perm(SN)=0(该条件支配着任意偶数N情况下|1⟩^⊗N→SN|1⟩^⊗N的变换)。研究团队将这些对称性属性推广至广义eHOM效应(geHOM)|n₁,n₂,…,n_N⟩→SN|n/N⟩^⊗N,其零振幅由Perm(Λ)=0决定——其中Λ(SN)矩阵由SN的矩阵元适当构建。 该工作建立了适用于任意N的Perm(Λ)解析约束方程,可判定其为零的条件,即意味着geHOM输出符合态|n/N⟩^⊗N上发生完全相消干涉。研究人员将SU(2)分束器的中心节点线(CNL)特征——当输入态具有奇宇称(仅含奇数光子)时输出概率分布存在零对角线——推广至N=2*N′(N′为奇数)的普遍情况。
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提交arXiv: 2026-01-06 20:16

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