We suggest and demonstrate an all-optical quantum simulator for single-qubit noisy channels originating from the interaction with a fluctuating field. The simulator employs the polarization degree of freedom of a single photon and exploits its spectral components to average over the realizations of the stochastic dynamics. As a proof of principle, we run simulations of dephasing channels driven either by Gaussian (Ornstein-Uhlenbeck) or non-Gaussian (random telegraph) stochastic processes.

1.
A.
Aspuru-Guzik
and
P.
Walther
,
Nature Phys.
8
,
285
(
2012
).
2.
M. A.
Broome
,
A.
Fedrizzi
,
B. P.
Lanyon
,
I.
Kassal
,
A.
Aspuru-Guzik
, and
A. G.
White
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
153602
(
2010
).
3.
B. P.
Lanyon
,
J. D.
Whitfield
,
G. G.
Gillett
,
M. E.
Goggin
,
M. P. A.
Almeida
,
I.
Kassal
,
J. D.
Biamonte
,
M.
Mohseni
,
B. J.
Powell
,
M.
Barbieri
,
A.
Aspuru-Guzik
, and
A. G.
White
,
Nature Chem.
2
,
106
(
2010
).
4.
X.-S.
Ma
,
B.
Dakic
,
W.
Naylor
,
A.
Zeilinger
, and
P.
Walther
,
Nature Phys.
7
,
399
(
2011
).
5.
X.
Deng
,
S.
Hao
,
H.
Guo
,
C.
Xie
, and
X.
Su
,
Sci. Rep.
6
,
22914
(
2016
).
6.
D.
Crow
and
R.
Joynt
,
Phys. Rev. A
89
,
042123
(
2014
).
7.
J.-S.
Xu
,
K.
Sun
,
C.-F.
Li
,
X.-Y.
Xu
,
G.-C.
Guo
,
E.
Andersson
,
R.
Lo Franco
, and
G.
Compagno
,
Nat. Commun.
4
,
2851
(
2013
);
[PubMed]
R.
Lo Franco
,
B.
Bellomo
,
E.
Andersson
, and
G.
Compagno
,
Phys. Rev. A
85
,
032318
(
2012
).
8.
E.
Paladino
,
M. Y.
Galperin
,
G.
Falci
, and
L. B.
Altshuler
,
Rev. Mod. Phys.
86
,
361
(
2014
).
9.
T.
Yu
and
J. H.
Eberly
,
Opt. Commun.
264
,
393
(
2006
).
10.
C.
Benedetti
and
M. G. A.
Paris
,
Int. J. Quantum Inf.
12
,
1461004
(
2014
).
11.
M. A. C.
Rossi
and
M. G. A.
Paris
,
J. Chem. Phys.
144
,
024113
(
2016
).
12.
H. J.
Wold
,
H.
Brox
,
Y. M.
Galperin
, and
J.
Bergli
,
Phys. Rev. B
86
,
205404
(
2012
).
13.
C.
Benedetti
,
M. G. A.
Paris
, and
S.
Maniscalco
,
Phys. Rev. A
89
,
012114
(
2014
).
14.
A. M.
Weiner
,
Rev. of Sci. Instrum.
71
,
1929
(
2000
).
15.
K.
Banaszek
,
G. M.
D'Ariano
,
M. G. A.
Paris
, and
M. F.
Sacchi
,
Phys. Rev. A
61
,
010304
(
1999
).
16.
D. F. V.
James
,
P. G.
Kwiat
,
W. J.
Munro
, and
A. G.
White
,
Phys. Rev. A
64
,
052312
(
2001
).
17.
A.
Joobeur
,
B. E. A.
Saleh
,
T. S.
Larchuk
, and
M. C.
Teich
,
Phys. Rev. A
53
,
4360
(
1996
).
18.
19.
H.-P.
Breuer
,
E.-M.
Laine
, and
J.
Piilo
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
210401
(
2009
).
20.
H.-P.
Breuer
,
E.-M.
Laine
,
J.
Piilo
, and
B.
Vacchini
,
Rev. Mod. Phys.
88
,
021002
(
2016
).
21.
M. A. C.
Rossi
,
C.
Benedetti
, and
M. G. A.
Paris
,
Int. J. Quantum Inf.
12
,
1560003
(
2014
).
22.
S.
Cialdi
,
A.
Smirne
,
M. G. A.
Paris
,
S.
Olivares
, and
B.
Vacchini
,
Phys. Rev. A
90
,
050301(R)
(
2014
).
You do not currently have access to this content.