Published April 9, 2021 | Version v1
Publication Open

Witnesses of coherence and dimension from multiphoton indistinguishability tests

Creators

  • 1. Sapienza University of Rome
  • 2. Scuola Normale Superiore
  • 3. Universidade Federal Fluminense
  • 4. International Iberian Nanotechnology Laboratory
  • 5. Institute for Complex Systems

Description

Quantum coherence marks a deviation from classical physics, and has been studied as a resource for metrology and quantum computation. Finding reliable and effective methods for assessing its presence is then highly desirable. Coherence witnesses rely on measuring observables whose outcomes can guarantee that a state is not diagonal in a known reference basis. Here we experimentally measure a novel type of coherence witness that uses pairwise state comparisons to identify superpositions in a basis-independent way. Our experiment uses a single interferometric set-up to simultaneously measure the three pairwise overlaps among three single-photon states via Hong-Ou-Mandel tests. Besides coherence witnesses, we show the measurements also serve as a Hilbert-space dimension witness. Our results attest to the effectiveness of pooling many two-state comparison tests to ascertain various relational properties of a set of quantum states.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يمثل التماسك الكمومي انحرافًا عن الفيزياء الكلاسيكية، وقد تمت دراسته كمورد لعلم القياس والحساب الكمومي. ومن ثم فإن إيجاد طرق موثوقة وفعالة لتقييم وجودها أمر مرغوب فيه للغاية. يعتمد شهود الاتساق على قياس الملاحظات التي يمكن أن تضمن نتائجها أن الحالة ليست قطرية على أساس مرجعي معروف. هنا نقيس تجريبيًا نوعًا جديدًا من شاهد التماسك الذي يستخدم مقارنات الحالة الزوجية لتحديد التراكبات بطريقة مستقلة عن الأساس. تستخدم تجربتنا إعدادًا واحدًا لقياس التداخل لقياس التداخلات الزوجية الثلاثة في وقت واحد بين ثلاث حالات أحادية الفوتون عبر اختبارات Hong - Ou - Mandel. إلى جانب شهود التماسك، نظهر أن القياسات تعمل أيضًا كشاهد لبعد هيلبرت الفضائي. تشهد نتائجنا على فعالية تجميع العديد من اختبارات المقارنة بين الحالتين للتأكد من الخصائص العلائقية المختلفة لمجموعة من الحالات الكمومية.

Translated Description (French)

La cohérence quantique marque un écart par rapport à la physique classique et a été étudiée en tant que ressource pour la métrologie et le calcul quantique. Il est alors hautement souhaitable de trouver des méthodes fiables et efficaces pour évaluer sa présence. Les témoins de cohérence s'appuient sur des observables de mesure dont les résultats peuvent garantir qu'un état n'est pas diagonal dans une base de référence connue. Ici, nous mesurons expérimentalement un nouveau type de témoin de cohérence qui utilise des comparaisons d'états par paires pour identifier les superpositions d'une manière indépendante de la base. Notre expérience utilise une configuration interférométrique unique pour mesurer simultanément les trois chevauchements par paires entre trois états à photon unique via des tests de Hong-Ou-Mandel. Outre les témoins de cohérence, nous montrons que les mesures servent également de témoin de dimension Hilbert-space. Nos résultats attestent de l'efficacité de la mise en commun de nombreux tests de comparaison à deux états pour déterminer diverses propriétés relationnelles d'un ensemble d'états quantiques.

Translated Description (Spanish)

La coherencia cuántica marca una desviación de la física clásica y se ha estudiado como un recurso para la metrología y la computación cuántica. Encontrar métodos fiables y eficaces para evaluar su presencia es entonces muy deseable. Los testigos de coherencia se basan en la medición de observables cuyos resultados pueden garantizar que un estado no sea diagonal en una base de referencia conocida. Aquí medimos experimentalmente un nuevo tipo de testigo de coherencia que utiliza comparaciones de estado por pares para identificar superposiciones de una manera independiente de la base. Nuestro experimento utiliza una única configuración interferométrica para medir simultáneamente las tres superposiciones por pares entre tres estados de fotón único a través de pruebas de Hong-Ou-Mandel. Además de los testigos de coherencia, mostramos que las mediciones también sirven como testigo de la dimensión del espacio de Hilbert. Nuestros resultados atestiguan la efectividad de agrupar muchas pruebas de comparación de dos estados para determinar varias propiedades relacionales de un conjunto de estados cuánticos.

Files

PhysRevResearch.3.023031.pdf

Files (1.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f51d42d178cb717dad3f5603288c9090
1.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
شهود التماسك والبعد من اختبارات عدم التمييز متعددة البؤر
Translated title (French)
Témoins de cohérence et de dimension à partir de tests d'indiscernabilité multiphotonique
Translated title (Spanish)
Testigos de coherencia y dimensión a partir de pruebas de indistinguibilidad multifotónica

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3156898773
DOI
10.1103/physrevresearch.3.023031

Is supplement to
https://openalex.org/W843425489 (Other)
https://openalex.org/W4307511893 (Other)
https://openalex.org/W4283266408 (Other)
https://openalex.org/W3101002228 (Other)
https://openalex.org/W2924097398 (Other)
https://openalex.org/W2236352299 (Other)
https://openalex.org/W2023729760 (Other)
https://openalex.org/W1973766797 (Other)
https://openalex.org/W1970338110 (Other)
https://openalex.org/W1970283688 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1590661973
  • https://openalex.org/W1964960226
  • https://openalex.org/W1988369744
  • https://openalex.org/W1996554279
  • https://openalex.org/W1996771478
  • https://openalex.org/W2000985364
  • https://openalex.org/W2010086939
  • https://openalex.org/W2017527397
  • https://openalex.org/W2024622260
  • https://openalex.org/W2032562190
  • https://openalex.org/W2042912256
  • https://openalex.org/W2062584998
  • https://openalex.org/W2075853094
  • https://openalex.org/W2080482592
  • https://openalex.org/W2097100165
  • https://openalex.org/W212428657
  • https://openalex.org/W2135144148
  • https://openalex.org/W2163525631
  • https://openalex.org/W2189765847
  • https://openalex.org/W2267423514
  • https://openalex.org/W2312046487
  • https://openalex.org/W2316306129
  • https://openalex.org/W2342127886
  • https://openalex.org/W2417183765
  • https://openalex.org/W2519383683
  • https://openalex.org/W2529011804
  • https://openalex.org/W2592996489
  • https://openalex.org/W2604445392
  • https://openalex.org/W2620068746
  • https://openalex.org/W2728092904
  • https://openalex.org/W2737221967
  • https://openalex.org/W2754786087
  • https://openalex.org/W2754797405
  • https://openalex.org/W2784692586
  • https://openalex.org/W2795713838
  • https://openalex.org/W2900404755
  • https://openalex.org/W2942202612
  • https://openalex.org/W2952638737
  • https://openalex.org/W2954967660
  • https://openalex.org/W2963226713
  • https://openalex.org/W2980685390
  • https://openalex.org/W2990961515
  • https://openalex.org/W3036639592
  • https://openalex.org/W3037637275
  • https://openalex.org/W3101479050
  • https://openalex.org/W3101488850
  • https://openalex.org/W3102112651
  • https://openalex.org/W3102158803
  • https://openalex.org/W3103669849
  • https://openalex.org/W3104087546
  • https://openalex.org/W3142230051
  • https://openalex.org/W3143230942
  • https://openalex.org/W3212597304