Abstract

Integrated single-photon detectors open new possibilities for monitoring inside quantum photonic circuits. We present a concept for the inline measurement of spatially encoded multiphoton quantum states, while keeping the transmitted ones undisturbed. We theoretically establish that by recording photon correlations from optimally positioned detectors on top of coupled waveguides with detuned propagation constants, one can perform robust reconstruction of the N-photon density matrix describing amplitude, phase, coherence, and quantum entanglement. We report proof-of-principle experiments using classical light, which emulates the single-photon regime. Our method opens a pathway towards practical and fast inline quantum measurements for diverse applications in quantum photonics.

© 2019 Optical Society of America under the terms of the OSA Open Access Publishing Agreement

Full Article  |  PDF Article
OSA Recommended Articles
Quantum state tomography with a single measurement setup

Dikla Oren, Maor Mutzafi, Yonina C. Eldar, and Mordechai Segev
Optica 4(8) 993-999 (2017)

Two-photon tomography using on-chip quantum walks

James G. Titchener, Alexander S. Solntsev, and Andrey A. Sukhorukov
Opt. Lett. 41(17) 4079-4082 (2016)

Quantum detector tomography of a time-multiplexed superconducting nanowire single-photon detector at telecom wavelengths

Chandra M. Natarajan, Lijian Zhang, Hendrik Coldenstrodt-Ronge, Gaia Donati, Sander N. Dorenbos, Val Zwiller, Ian A. Walmsley, and Robert H. Hadfield
Opt. Express 21(1) 893-902 (2013)

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Zeilinger, Phys. Scr. 92, 072501 (2017).
    [Crossref]
  2. C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
    [Crossref]
  3. C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
    [Crossref]
  4. D. F. V. James, P. G. Kwiat, W. J. Munro, and A. G. White, Phys. Rev. A 64, 052312 (2001).
    [Crossref]
  5. P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
    [Crossref]
  6. C. M. Natarajan, M. G. Tanner, and R. H. Hadfield, Supercond. Sci. Technol. 25, 063001 (2012).
    [Crossref]
  7. O. Kahl, S. Ferrari, V. Kovalyuk, A. Vetter, G. Lewes-Malandrakis, C. Nebel, A. Korneev, G. Goltsman, and W. Pernice, Optica 4, 557 (2017).
    [Crossref]
  8. W. H. P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, M. Li, G. N. Goltsman, A. V. Sergienko, and H. X. Tang, Nat. Commun. 3, 1325 (2012).
    [Crossref]
  9. J. P. B. Mueller, K. Leosson, and F. Capasso, Optica 3, 42 (2016).
    [Crossref]
  10. J. S. Lundeen and C. Bamber, Phys. Rev. Lett. 108, 070402 (2012).
    [Crossref]
  11. G. S. Thekkadath, L. Giner, Y. Chalich, M. J. Horton, J. Banker, and J. S. Lundeen, Phys. Rev. Lett. 117, 120401 (2016).
    [Crossref]
  12. J. G. Titchener, A. S. Solntsev, and A. A. Sukhorukov, Opt. Lett. 41, 4079 (2016).
    [Crossref]
  13. D. Oren, M. Mutzafi, Y. C. Eldar, and M. Segev, Optica 4, 993 (2017).
    [Crossref]
  14. J. G. Titchener, M. Gräfe, R. Heilmann, A. S. Solntsev, A. Szameit, and A. A. Sukhorukov, npj Quant. Inform. 4, 19 (2018).
    [Crossref]
  15. K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
    [Crossref]
  16. Y. Bromberg, Y. Lahini, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 102, 253904 (2009).
    [Crossref]
  17. A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
    [Crossref]
  18. O. Bayraktar, M. Swillo, C. Canalias, and G. Bjork, Phys. Rev. A 94, 020105 (2016).
    [Crossref]
  19. P. Kok and B. W. Lovett, Introduction to Optical Quantum Information Processing (Cambridge University, 2010).
  20. M. R. Foreman, A. Favaro, and A. Aiello, Phys. Rev. Lett. 115, 263901 (2015).
    [Crossref]
  21. H. B. Perets, Y. Lahini, F. Pozzi, M. Sorel, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 100, 170506 (2008).
    [Crossref]
  22. A. Szameit and S. Nolte, J. Phys. B 43, 163001 (2010).
    [Crossref]
  23. A. Szameit, F. Dreisow, H. Hartung, S. Nolte, A. Tunnermann, and F. Lederer, Appl. Phys. Lett. 90, 241113 (2007).
    [Crossref]
  24. B. A. Bell, K. Wang, A. S. Solntsev, D. N. Neshev, A. A. Sukhorukov, and B. J. Eggleton, Optica 4, 1433 (2017).
    [Crossref]

2018 (2)

J. G. Titchener, M. Gräfe, R. Heilmann, A. S. Solntsev, A. Szameit, and A. A. Sukhorukov, npj Quant. Inform. 4, 19 (2018).
[Crossref]

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

2017 (4)

2016 (5)

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

G. S. Thekkadath, L. Giner, Y. Chalich, M. J. Horton, J. Banker, and J. S. Lundeen, Phys. Rev. Lett. 117, 120401 (2016).
[Crossref]

O. Bayraktar, M. Swillo, C. Canalias, and G. Bjork, Phys. Rev. A 94, 020105 (2016).
[Crossref]

J. P. B. Mueller, K. Leosson, and F. Capasso, Optica 3, 42 (2016).
[Crossref]

J. G. Titchener, A. S. Solntsev, and A. A. Sukhorukov, Opt. Lett. 41, 4079 (2016).
[Crossref]

2015 (1)

M. R. Foreman, A. Favaro, and A. Aiello, Phys. Rev. Lett. 115, 263901 (2015).
[Crossref]

2012 (4)

P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
[Crossref]

C. M. Natarajan, M. G. Tanner, and R. H. Hadfield, Supercond. Sci. Technol. 25, 063001 (2012).
[Crossref]

J. S. Lundeen and C. Bamber, Phys. Rev. Lett. 108, 070402 (2012).
[Crossref]

W. H. P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, M. Li, G. N. Goltsman, A. V. Sergienko, and H. X. Tang, Nat. Commun. 3, 1325 (2012).
[Crossref]

2010 (2)

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

A. Szameit and S. Nolte, J. Phys. B 43, 163001 (2010).
[Crossref]

2009 (1)

Y. Bromberg, Y. Lahini, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 102, 253904 (2009).
[Crossref]

2008 (1)

H. B. Perets, Y. Lahini, F. Pozzi, M. Sorel, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 100, 170506 (2008).
[Crossref]

2007 (2)

A. Szameit, F. Dreisow, H. Hartung, S. Nolte, A. Tunnermann, and F. Lederer, Appl. Phys. Lett. 90, 241113 (2007).
[Crossref]

C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
[Crossref]

2001 (1)

D. F. V. James, P. G. Kwiat, W. J. Munro, and A. G. White, Phys. Rev. A 64, 052312 (2001).
[Crossref]

Aiello, A.

M. R. Foreman, A. Favaro, and A. Aiello, Phys. Rev. Lett. 115, 263901 (2015).
[Crossref]

Bamber, C.

J. S. Lundeen and C. Bamber, Phys. Rev. Lett. 108, 070402 (2012).
[Crossref]

Banker, J.

G. S. Thekkadath, L. Giner, Y. Chalich, M. J. Horton, J. Banker, and J. S. Lundeen, Phys. Rev. Lett. 117, 120401 (2016).
[Crossref]

Bayraktar, O.

O. Bayraktar, M. Swillo, C. Canalias, and G. Bjork, Phys. Rev. A 94, 020105 (2016).
[Crossref]

Bell, B. A.

Bjork, G.

O. Bayraktar, M. Swillo, C. Canalias, and G. Bjork, Phys. Rev. A 94, 020105 (2016).
[Crossref]

Bromberg, Y.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Y. Bromberg, Y. Lahini, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 102, 253904 (2009).
[Crossref]

Canalias, C.

O. Bayraktar, M. Swillo, C. Canalias, and G. Bjork, Phys. Rev. A 94, 020105 (2016).
[Crossref]

Capasso, F.

Caspani, L.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

Chalich, Y.

G. S. Thekkadath, L. Giner, Y. Chalich, M. J. Horton, J. Banker, and J. S. Lundeen, Phys. Rev. Lett. 117, 120401 (2016).
[Crossref]

Chen, Y.-H.

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

Chu, S. T.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

Chung, H.-P.

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

Dreisow, F.

A. Szameit, F. Dreisow, H. Hartung, S. Nolte, A. Tunnermann, and F. Lederer, Appl. Phys. Lett. 90, 241113 (2007).
[Crossref]

Eggleton, B. J.

Eldar, Y. C.

Favaro, A.

M. R. Foreman, A. Favaro, and A. Aiello, Phys. Rev. Lett. 115, 263901 (2015).
[Crossref]

Ferrari, S.

Foreman, M. R.

M. R. Foreman, A. Favaro, and A. Aiello, Phys. Rev. Lett. 115, 263901 (2015).
[Crossref]

Gao, W. B.

C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
[Crossref]

Giner, L.

G. S. Thekkadath, L. Giner, Y. Chalich, M. J. Horton, J. Banker, and J. S. Lundeen, Phys. Rev. Lett. 117, 120401 (2016).
[Crossref]

Goebel, A.

C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
[Crossref]

Goltsman, G.

Goltsman, G. N.

W. H. P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, M. Li, G. N. Goltsman, A. V. Sergienko, and H. X. Tang, Nat. Commun. 3, 1325 (2012).
[Crossref]

Gräfe, M.

J. G. Titchener, M. Gräfe, R. Heilmann, A. S. Solntsev, A. Szameit, and A. A. Sukhorukov, npj Quant. Inform. 4, 19 (2018).
[Crossref]

Grazioso, F.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

Guhne, O.

C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
[Crossref]

Hadfield, R. H.

C. M. Natarajan, M. G. Tanner, and R. H. Hadfield, Supercond. Sci. Technol. 25, 063001 (2012).
[Crossref]

Hartung, H.

A. Szameit, F. Dreisow, H. Hartung, S. Nolte, A. Tunnermann, and F. Lederer, Appl. Phys. Lett. 90, 241113 (2007).
[Crossref]

Heilmann, R.

J. G. Titchener, M. Gräfe, R. Heilmann, A. S. Solntsev, A. Szameit, and A. A. Sukhorukov, npj Quant. Inform. 4, 19 (2018).
[Crossref]

Horton, M. J.

G. S. Thekkadath, L. Giner, Y. Chalich, M. J. Horton, J. Banker, and J. S. Lundeen, Phys. Rev. Lett. 117, 120401 (2016).
[Crossref]

Ismail, N.

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

James, D. F. V.

D. F. V. James, P. G. Kwiat, W. J. Munro, and A. G. White, Phys. Rev. A 64, 052312 (2001).
[Crossref]

Johnston, T.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

Kahl, O.

Kivshar, Y. S.

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

Kok, P.

P. Kok and B. W. Lovett, Introduction to Optical Quantum Information Processing (Cambridge University, 2010).

Korneev, A.

Kovalyuk, V.

Kravchenko, I. I.

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

Kruk, S. S.

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

Kues, M.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

Kwiat, P. G.

D. F. V. James, P. G. Kwiat, W. J. Munro, and A. G. White, Phys. Rev. A 64, 052312 (2001).
[Crossref]

Lahini, Y.

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Y. Bromberg, Y. Lahini, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 102, 253904 (2009).
[Crossref]

H. B. Perets, Y. Lahini, F. Pozzi, M. Sorel, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 100, 170506 (2008).
[Crossref]

Laing, A.

P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
[Crossref]

Lederer, F.

A. Szameit, F. Dreisow, H. Hartung, S. Nolte, A. Tunnermann, and F. Lederer, Appl. Phys. Lett. 90, 241113 (2007).
[Crossref]

Leosson, K.

Lewes-Malandrakis, G.

Li, M.

W. H. P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, M. Li, G. N. Goltsman, A. V. Sergienko, and H. X. Tang, Nat. Commun. 3, 1325 (2012).
[Crossref]

Little, B. E.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

Lobino, M.

P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
[Crossref]

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Lovett, B. W.

P. Kok and B. W. Lovett, Introduction to Optical Quantum Information Processing (Cambridge University, 2010).

Lu, C. Y.

C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
[Crossref]

Lundeen, J. S.

G. S. Thekkadath, L. Giner, Y. Chalich, M. J. Horton, J. Banker, and J. S. Lundeen, Phys. Rev. Lett. 117, 120401 (2016).
[Crossref]

J. S. Lundeen and C. Bamber, Phys. Rev. Lett. 108, 070402 (2012).
[Crossref]

Matsuda, N.

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Matthews, J. C. F.

P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
[Crossref]

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Minaeva, O.

W. H. P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, M. Li, G. N. Goltsman, A. V. Sergienko, and H. X. Tang, Nat. Commun. 3, 1325 (2012).
[Crossref]

Morandotti, R.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

Y. Bromberg, Y. Lahini, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 102, 253904 (2009).
[Crossref]

H. B. Perets, Y. Lahini, F. Pozzi, M. Sorel, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 100, 170506 (2008).
[Crossref]

Moss, D. J.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

Mueller, J. P. B.

Munro, W. J.

D. F. V. James, P. G. Kwiat, W. J. Munro, and A. G. White, Phys. Rev. A 64, 052312 (2001).
[Crossref]

Mutzafi, M.

Natarajan, C. M.

C. M. Natarajan, M. G. Tanner, and R. H. Hadfield, Supercond. Sci. Technol. 25, 063001 (2012).
[Crossref]

Nebel, C.

Neshev, D. N.

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

B. A. Bell, K. Wang, A. S. Solntsev, D. N. Neshev, A. A. Sukhorukov, and B. J. Eggleton, Optica 4, 1433 (2017).
[Crossref]

Nolte, S.

A. Szameit and S. Nolte, J. Phys. B 43, 163001 (2010).
[Crossref]

A. Szameit, F. Dreisow, H. Hartung, S. Nolte, A. Tunnermann, and F. Lederer, Appl. Phys. Lett. 90, 241113 (2007).
[Crossref]

O’Brien, J. L.

P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
[Crossref]

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Oren, D.

Pan, J. W.

C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
[Crossref]

Parry, M.

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

Perets, H. B.

H. B. Perets, Y. Lahini, F. Pozzi, M. Sorel, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 100, 170506 (2008).
[Crossref]

Pernice, W.

Pernice, W. H. P.

W. H. P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, M. Li, G. N. Goltsman, A. V. Sergienko, and H. X. Tang, Nat. Commun. 3, 1325 (2012).
[Crossref]

Peruzzo, A.

P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
[Crossref]

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Politi, A.

P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
[Crossref]

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Poulios, K.

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Pozzi, F.

H. B. Perets, Y. Lahini, F. Pozzi, M. Sorel, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 100, 170506 (2008).
[Crossref]

Reimer, C.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

Roztocki, P.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

Schuck, C.

W. H. P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, M. Li, G. N. Goltsman, A. V. Sergienko, and H. X. Tang, Nat. Commun. 3, 1325 (2012).
[Crossref]

Segev, M.

Sergienko, A. V.

W. H. P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, M. Li, G. N. Goltsman, A. V. Sergienko, and H. X. Tang, Nat. Commun. 3, 1325 (2012).
[Crossref]

Shadbolt, P. J.

P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
[Crossref]

Silberberg, Y.

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Y. Bromberg, Y. Lahini, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 102, 253904 (2009).
[Crossref]

H. B. Perets, Y. Lahini, F. Pozzi, M. Sorel, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 100, 170506 (2008).
[Crossref]

Solntsev, A. S.

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

J. G. Titchener, M. Gräfe, R. Heilmann, A. S. Solntsev, A. Szameit, and A. A. Sukhorukov, npj Quant. Inform. 4, 19 (2018).
[Crossref]

B. A. Bell, K. Wang, A. S. Solntsev, D. N. Neshev, A. A. Sukhorukov, and B. J. Eggleton, Optica 4, 1433 (2017).
[Crossref]

J. G. Titchener, A. S. Solntsev, and A. A. Sukhorukov, Opt. Lett. 41, 4079 (2016).
[Crossref]

Sorel, M.

H. B. Perets, Y. Lahini, F. Pozzi, M. Sorel, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 100, 170506 (2008).
[Crossref]

Sukhorukov, A. A.

J. G. Titchener, M. Gräfe, R. Heilmann, A. S. Solntsev, A. Szameit, and A. A. Sukhorukov, npj Quant. Inform. 4, 19 (2018).
[Crossref]

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

B. A. Bell, K. Wang, A. S. Solntsev, D. N. Neshev, A. A. Sukhorukov, and B. J. Eggleton, Optica 4, 1433 (2017).
[Crossref]

J. G. Titchener, A. S. Solntsev, and A. A. Sukhorukov, Opt. Lett. 41, 4079 (2016).
[Crossref]

Swillo, M.

O. Bayraktar, M. Swillo, C. Canalias, and G. Bjork, Phys. Rev. A 94, 020105 (2016).
[Crossref]

Szameit, A.

J. G. Titchener, M. Gräfe, R. Heilmann, A. S. Solntsev, A. Szameit, and A. A. Sukhorukov, npj Quant. Inform. 4, 19 (2018).
[Crossref]

A. Szameit and S. Nolte, J. Phys. B 43, 163001 (2010).
[Crossref]

A. Szameit, F. Dreisow, H. Hartung, S. Nolte, A. Tunnermann, and F. Lederer, Appl. Phys. Lett. 90, 241113 (2007).
[Crossref]

Tang, H. X.

W. H. P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, M. Li, G. N. Goltsman, A. V. Sergienko, and H. X. Tang, Nat. Commun. 3, 1325 (2012).
[Crossref]

Tanner, M. G.

C. M. Natarajan, M. G. Tanner, and R. H. Hadfield, Supercond. Sci. Technol. 25, 063001 (2012).
[Crossref]

Thekkadath, G. S.

G. S. Thekkadath, L. Giner, Y. Chalich, M. J. Horton, J. Banker, and J. S. Lundeen, Phys. Rev. Lett. 117, 120401 (2016).
[Crossref]

Thompson, M. G.

P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
[Crossref]

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Titchener, J. G.

J. G. Titchener, M. Gräfe, R. Heilmann, A. S. Solntsev, A. Szameit, and A. A. Sukhorukov, npj Quant. Inform. 4, 19 (2018).
[Crossref]

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

J. G. Titchener, A. S. Solntsev, and A. A. Sukhorukov, Opt. Lett. 41, 4079 (2016).
[Crossref]

Tunnermann, A.

A. Szameit, F. Dreisow, H. Hartung, S. Nolte, A. Tunnermann, and F. Lederer, Appl. Phys. Lett. 90, 241113 (2007).
[Crossref]

Verde, M. R.

P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
[Crossref]

Vetter, A.

Wang, K.

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

B. A. Bell, K. Wang, A. S. Solntsev, D. N. Neshev, A. A. Sukhorukov, and B. J. Eggleton, Optica 4, 1433 (2017).
[Crossref]

Wetzel, B.

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

White, A. G.

D. F. V. James, P. G. Kwiat, W. J. Munro, and A. G. White, Phys. Rev. A 64, 052312 (2001).
[Crossref]

Worhoff, K.

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

Xu, L.

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

Yang, T.

C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
[Crossref]

Yuan, Z. S.

C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
[Crossref]

Zeilinger, A.

A. Zeilinger, Phys. Scr. 92, 072501 (2017).
[Crossref]

Zhang, J.

C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
[Crossref]

Zhou, X. Q.

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
[Crossref]

Appl. Phys. Lett. (1)

A. Szameit, F. Dreisow, H. Hartung, S. Nolte, A. Tunnermann, and F. Lederer, Appl. Phys. Lett. 90, 241113 (2007).
[Crossref]

J. Phys. B (1)

A. Szameit and S. Nolte, J. Phys. B 43, 163001 (2010).
[Crossref]

Nat. Commun. (1)

W. H. P. Pernice, C. Schuck, O. Minaeva, M. Li, G. N. Goltsman, A. V. Sergienko, and H. X. Tang, Nat. Commun. 3, 1325 (2012).
[Crossref]

Nat. Photonics (1)

P. J. Shadbolt, M. R. Verde, A. Peruzzo, A. Politi, A. Laing, M. Lobino, J. C. F. Matthews, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Nat. Photonics 6, 45 (2012).
[Crossref]

Nat. Phys. (1)

C. Y. Lu, X. Q. Zhou, O. Guhne, W. B. Gao, J. Zhang, Z. S. Yuan, A. Goebel, T. Yang, and J. W. Pan, Nat. Phys. 3, 91 (2007).
[Crossref]

npj Quant. Inform. (1)

J. G. Titchener, M. Gräfe, R. Heilmann, A. S. Solntsev, A. Szameit, and A. A. Sukhorukov, npj Quant. Inform. 4, 19 (2018).
[Crossref]

Opt. Lett. (1)

Optica (4)

Phys. Rev. A (2)

O. Bayraktar, M. Swillo, C. Canalias, and G. Bjork, Phys. Rev. A 94, 020105 (2016).
[Crossref]

D. F. V. James, P. G. Kwiat, W. J. Munro, and A. G. White, Phys. Rev. A 64, 052312 (2001).
[Crossref]

Phys. Rev. Lett. (5)

J. S. Lundeen and C. Bamber, Phys. Rev. Lett. 108, 070402 (2012).
[Crossref]

G. S. Thekkadath, L. Giner, Y. Chalich, M. J. Horton, J. Banker, and J. S. Lundeen, Phys. Rev. Lett. 117, 120401 (2016).
[Crossref]

Y. Bromberg, Y. Lahini, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 102, 253904 (2009).
[Crossref]

M. R. Foreman, A. Favaro, and A. Aiello, Phys. Rev. Lett. 115, 263901 (2015).
[Crossref]

H. B. Perets, Y. Lahini, F. Pozzi, M. Sorel, R. Morandotti, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 100, 170506 (2008).
[Crossref]

Phys. Scr. (1)

A. Zeilinger, Phys. Scr. 92, 072501 (2017).
[Crossref]

Science (3)

C. Reimer, M. Kues, P. Roztocki, B. Wetzel, F. Grazioso, B. E. Little, S. T. Chu, T. Johnston, Y. Bromberg, L. Caspani, D. J. Moss, and R. Morandotti, Science 351, 1176 (2016).
[Crossref]

A. Peruzzo, M. Lobino, J. C. F. Matthews, N. Matsuda, A. Politi, K. Poulios, X. Q. Zhou, Y. Lahini, N. Ismail, K. Worhoff, Y. Bromberg, Y. Silberberg, M. G. Thompson, and J. L. O’Brien, Science 329, 1500 (2010).
[Crossref]

K. Wang, J. G. Titchener, S. S. Kruk, L. Xu, H.-P. Chung, M. Parry, I. I. Kravchenko, Y.-H. Chen, A. S. Solntsev, Y. S. Kivshar, D. N. Neshev, and A. A. Sukhorukov, Science 361, 1104 (2018).
[Crossref]

Supercond. Sci. Technol. (1)

C. M. Natarajan, M. G. Tanner, and R. H. Hadfield, Supercond. Sci. Technol. 25, 063001 (2012).
[Crossref]

Other (1)

P. Kok and B. W. Lovett, Introduction to Optical Quantum Information Processing (Cambridge University, 2010).

Supplementary Material (1)

NameDescription
» Supplement 1       Supplementary Material PDF file

Cited By

OSA participates in Crossref's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1.
Fig. 1. Conceptual sketch of inline detection and reconstruction of N-photon state ρN with two spatial modes. (a) Two waveguides with coupling constant C and detuning ±β in propagation constants. An even number M of single-photon click detectors are positioned at M/2 equidistant cross sections, illustrated for M=6 with D1–D6 labels. (b) Examples of simulated single-photon counts (N=1) and N-fold correlations (for N=2) for z1=0 and β=C/2, which enable full reconstruction of the input density matrix ρN.
Fig. 2.
Fig. 2. Robust reconstruction with waveguide detuning. (a,b) The analysis states on a Bloch sphere for (a) identical waveguides (β=0) and (b) introduced detuning (β=C/2). Curves show the evolution along z, and arrows correspond to six detectors as indicated in Fig. 1(a). The M=6 analysis states consist of three pairs of orthogonal ones, with each pair indicated by two arrows pointing in opposite directions. Red and blue colors denote waveguides 1 and 2, respectively. (c,d) Inverse condition number κ1 versus (c) normalized detuning β/C and (d) number of detectors M for the optimal detuning β=C/2.
Fig. 3.
Fig. 3. Experimental inline measurement and reconstruction of N=1 states emulated with classical laser light in detuned directional couplers. (a) A fluorescence image (top), showing light intensity along the coupler. Bottom, the corresponding normalized power evolution in each waveguide (solid curves) compared to theory (dashed curves). Shading indicates a section (z,z+L), where inline measurements are used to reconstruct the full density matrix at the section input, ρ(z). (b) The reconstructed real and imaginary parts of the density matrix elements for different combinations of the waveguide numbers (WG No.) at z=10  mm, the beginning of the shaded section in (a). (c) Experimentally reconstructed ρ(z) from a set of different positions z (crosses) compared with theoretical predictions (green curve) on a Bloch sphere, demonstrating an average fidelity of 99.65%.
Fig. 4.
Fig. 4. Minimization of detector numbers to the limit M=N+3. (a) Conceptual sketch of introducing a shift Δz for all detectors in one waveguide and skip the last detector if M is an odd number. (b) Normalized Δz (to 2L/M) that achieves the best reconstruction condition with β=C/2 for N=1,2,3. (c) The corresponding inverse condition number for the three cases in (b).

Equations (5)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

H^=βa^1a^1βa^2a^2+Ca^1a^2+Ca^2a^1,
a^q(z)=q=1,2Tq,q*(z)a^q(0),a^q(z)=q=1,2Tq,q(z)a^q(0).
Γ(m1,m2,,mN)=Tr(ρNA^m1A^m2A^mN).
ΓpΓ(m1,m2,,mN)p=s=1SBp,srs,
MN+3.