Geração híbrida quase determinística de estados gráficos fotônicos arbitrários usando um único emissor quântico e óptica linear

Geração híbrida quase determinística de estados gráficos fotônicos arbitrários usando um único emissor quântico e óptica linear

Carimbo de data / hora: 27 de abril de 2023 9h48
Nó Fonte: 2612097

Paulo Hilaire1,2, Leonid Vidro3, Hagai S. Eisenberg3e Sophia E. Economou1

1Departamento de Física, Virginia Tech, Blacksburg, Virginia 24061, EUA
2Laboratório Huygens-Kamerlingh Onnes, Universidade de Leiden
3Racah Institute of Physics, Universidade Hebraica de Jerusalém, 91904 Jerusalém, Israel

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Sumário

Como as portas de dois fótons linear-ópticas são inerentemente probabilísticas, as implementações baseadas em medição são particularmente adequadas para plataformas fotônicas: um grande estado de recurso fotônico altamente emaranhado, chamado de estado gráfico, é consumido por meio de medições para realizar um cálculo. O desafio é, portanto, produzir esses estados do grafo. Vários procedimentos de geração, que usam emissores quânticos interativos ou interfaces spin-fóton eficientes, foram propostos para criar esses estados de gráficos fotônicos de forma determinística. No entanto, essas soluções ainda estão fora de alcance experimental, uma vez que o estado da arte é a geração de um estado de grafo linear. Aqui, introduzimos soluções quase determinísticas para a geração de estados de grafos usando os recursos atuais do emissor quântico. Propomos hibridizar a geração de estado gráfico baseado em emissor quântico com portas de fusão totalmente fotônica para produzir estados gráficos de topologia complexa quase deterministicamente. Nossos resultados devem abrir caminho para a implementação prática do processamento de informações quânticas com eficiência de recursos, incluindo comunicação quântica baseada em medição e computação quântica.

Resumo popular

A criação de grandes estados emaranhados de qubits fotônicos é fundamental para as comunicações quânticas e para a construção de um grande computador quântico fotônico.
Infelizmente, não podemos facilmente criar emaranhamento entre qubits fotônicos. Usando processamento óptico-linear, a “maneira fácil” de manipular fótons, o emaranhamento só pode ser criado probabilisticamente usando, por exemplo, os chamados “portões de fusão”. No entanto, a taxa de sucesso da construção de estados fotônicos maiores leva a uma probabilidade de sucesso extremamente pequena ou a uma sobrecarga assustadora de recursos.

Uma alternativa para criar emaranhamento fotônico é construí-lo “na criação” a partir de emissores quânticos, ou seja, usando átomos com a estrutura de nível correta que pode emitir sequencialmente fótons emaranhados com o qubit atômico. Trabalhos recentes demonstraram experimentalmente tais fontes de fótons emaranhados usando átomos naturais ou pontos quânticos.

No entanto, a estrutura de emaranhamento do estado fotônico que um único átomo pode produzir não é universal para a computação quântica e, portanto, não pode criar os tipos de estados fotônicos que são úteis para aplicações de tecnologia quântica. Para contornar essa limitação, propomos uma abordagem híbrida, combinando essas fontes de fótons e óptica linear construindo uma grande classe de estados fotônicos emaranhados chamados estados grafos (incluindo estados de recursos universais para computação quântica). Mostramos como podemos criar esses estados de gráfico quase deterministicamente, propondo uma variante dos portões de fusão iniciais compatíveis com essas fontes de fótons emaranhados.

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arXiv: quant-ph / 0602096

Citado por

[1] Daoheng Niu, Yuxuan Zhang, Alireza Shabani e Hassan Shapourian, “Repetidores quânticos unidirecionais totalmente fotônicos”, arXiv: 2210.10071, (2022).

[2] Tom J. Bell, Love A. Pettersson e Stefano Paesani, “Otimização de códigos gráficos para tolerância à perda baseada em medição”, arXiv: 2212.04834, (2022).

As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2023-04-27 13:52:03). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

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