空間二光子状態の振幅と位相の干渉イメージング

高次元二光子状態は、高次元量子通信から量子イメージングまでさまざまな量子応用向けの有望なリソースである。こうした状態の十分な特性評価は、極めて重要なタスクであるが、射影測定法を採用した場合、一般的に時間がかかるとともにスケーラブルではない。しかし、同時イメージング技術が新たに進歩したため、複数測定の並列化によって、こうした制約の克服が可能になった。今回我々は、軸外デジタルホログラフィーに類似した二光子デジタルホログラフィーを提示し、未知状態と参照状態の重ね合わせの同時イメージングを用いて量子状態トモグラフィーを行った。我々は、ポンプ光子がさまざまな量子状態を持つ場合に、非線形結晶において自発的パラメトリック下方変換によって放出された単一光子にこの方法を適用した。提案した再構成法によって、これまでに行われた実験と比較して、より高い効率（3桁高速）と信頼性（平均忠実度87％）の任意の空間モードベースの状態の特性評価が可能になっている。多光子デジタルホログラフィーは、効率的かつ正確なコンピューテーショナル・ゴーストイメージングや高次元量子情報処理への道を開く可能性がある。