This thesis investigates whether a programmable photonic integrated circuit can remain useful even after some of its thermo-optic phase shifters have become permanently disabled. The approach is based on a digital twin: a differentiable model of the chip is trained from experimental current-output data and then used to solve an inverse-programming problem to recreate desired optical intensity transformations. The method is demonstrated on an 8 × 8 photonic circuit for both classical and quantum tasks. The trained twin accurately modeled the experimental setup, achieving a test fidelity greater than 0.99 for all disabled-phase-shifter configurations. Using the twin as a differentiable forward model to solve for currents, a mean fidelity of 0.9914 ± 0.0001 was measured over 100 target intensity transformations of the form T=|U|², where U is a Haar-random unitary. When any of five individual phase shifters were disabled this mean fidelity remained above 0.9739 ± 0.0002, and under cumulative disabled phase shifters the fidelity decreased to 0.8100 ± 0.0006 at 28 disabled phase shifters. A postselected dual-rail CNOT gate was also implemented and the highest postselected fidelity of 0.8730 ± 0.0097 was obtained for 20 disabled phase shifters, indicating that damage could act as a regularizer for two-photon interference.

Detta examensarbete undersöker om en programmerbar fotonisk integrerad krets kan förbli användbar även efter att några av dess termo-optiska fasskiftare har blivit permanent inaktiverade. Metoden bygger på en digital tvilling: en differentierbar modell av chipet tränas med experimentella data som kopplar ström till utsignal och används därefter för att lösa ett inverterat programmeringsproblem för att återskapa önskade optiska intensitetstransformationer. Metoden demonstreras på en 8 × 8 fotonisk krets för både klassiska och kvantmekaniska uppgifter. Den tränade tvillingen modellerade den experimentella uppställningen noggrant och uppnådde en testfidelitet större än 0.99 för alla konfigurationer med inaktiverade fasskiftare. Genom att använda tvillingen som en differentierbar framåtmodell för att lösa för strömmar uppmättes en medelfidelitet på 0.9914 ± 0.0001 för 100 Haar-slumpmässiga unitära transformationer. När enskilda fasskiftare inaktiverades förblev denna medelfidelitet över 0.9739 ± 0.0002, och vid kumulativ simulerad skada minskade fideliteten till 0.8100 ± 0.0006 vid 28 inaktiverade fasskiftare. En postselekterad dual-rail CNOT-grind implementerades också, och den högsta postselekterade fideliteten på 0.8730 ± 0.0097 erhölls för 20 inaktiverade fasskiftare, vilket oväntat indikerar att skada kan fungera som en regularisering för tvåfotoninterferens.