光子电路的操作性理论：将线性光学推广到量子理论之外

中文摘要 AI 辅助

我们利用量子光学中的正交算符与机械谐振子中的相空间坐标之间的类比，将线性光学理论推广到量子理论之外。为此，我们引入了一个基于正交算符的广义概率论框架来分析光子电路。利用该框架，我们探讨了诸如Hong-Ou-Mandel效应、Mach-Zehnder干涉仪等现象是量子理论所特有的，还是在更广泛的理论类别中也会出现。我们发现后者成立：在分束器输出端的光子符合消失现象，对于经典光以及修正版本的量子化光同样会发生。类似地，对于Mach-Zehnder干涉仪，我们发现量子理论与这些替代理论之间没有定性差异。我们的框架可以作为研究复杂光子装置和光子量子计算机的广义理论的基础。

英文摘要

We use the analogy between the quadrature operators in quantum optics and the phase-space coordinates in a mechanical harmonic oscillator to generalise the theory of linear optics beyond quantum theory. For this, we introduce a framework for analysing photonic circuits within generalised probabilistic theories based on quadrature operators. Using this framework, we ask whether phenomena like the Hong-Ou-Mandel effect, Mach-Zehnder interferometry are specific to quantum theory or also occur across a broader class of theories. We find the latter: the vanishing photon coincidences at the output of a beam splitter also occur for classical light and for a modified version of quantised light. Similarly, for Mach-Zehnder interferometry we find that there is no qualitative difference between quantum theory and these alternative theories. Our framework can serve as a foundation to study generalised theories of complex photonic set-ups and photonic quantum computers.

发表机构

• Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät, Universität Siegen（锡根大学自然科学技术学院）
• Department for Quantum Technology, Universität Münster（明斯特大学量子技术系）
• Institut für Theoretische Physik, Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学理论物理研究所）

机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。