論文の概要: Boosting photonic quantum computation with moderate nonlinearity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.06454v6
- Date: Wed, 3 Mar 2021 07:26:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-24 07:36:54.926053
- Title: Boosting photonic quantum computation with moderate nonlinearity
- Title（参考訳）: 適度な非線形性を持つフォトニック量子計算の促進
- Authors: Adi Pick, Elisha Siddiqui-Matekole, Ziv Aqua, Gabriel Guendelman, Ofer
Firstenberg, Jonathan P. Dowling, and Barak Dayan
- Abstract要約: フォトニック計測に基づく量子計算(MBQC)は、フォールトトレラントな普遍量子コンピューティングへの有望な経路である。
この取り組みにおける中心的な課題は、大規模なフォトニッククラスターの構築に必要なリソースの膨大なオーバーヘッドである。
ここでは、中等非線形性を用いてフォトニック量子コンピューティングを強化し、リソースオーバーヘッドを大幅に削減する可能性について検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Photonic measurement-based quantum computation (MBQC) is a promising route
towards fault-tolerant universal quantum computing. A central challenge in this
effort is the huge overhead in the resources required for the construction of
large photonic clusters using probabilistic linear-optics gates. Although
strong single-photon nonlinearity ideally enables deterministic construction of
such clusters, it is challenging to realise in a scalable way. Here we explore
the prospects of using moderate nonlinearity (with conditional phase shifts
smaller than $\pi$) to boost photonic quantum computing and significantly
reduce its resources overhead. The key element in our scheme is a nonlinear
router that preferentially directs photonic wavepackets to different output
ports depending on their intensity. As a relevant example, we analyze the
nonlinearity provided by Rydberg blockade in atomic ensembles, in which the
trade-off between the nonlinearity and the accompanying loss is well
understood. We present protocols for efficient Bell measurement and GHZ-state
preparation -- both key elements in the construction of cluster states, as well
as for the CNOT gate and quantum factorization. Given the large number of
entangling operations involved in fault-tolerant MBQC, the increase in success
probability provided by our protocols already at moderate nonlinearity can
result in a dramatic reduction in the required resources.
- Abstract（参考訳）: フォトニック計測に基づく量子計算(MBQC)は、フォールトトレラントな普遍量子コンピューティングへの有望な経路である。
この取り組みの中心的な課題は、確率的線形光学ゲートを用いた大規模フォトニッククラスターの構築に必要なリソースの膨大なオーバーヘッドである。
強い単光子非線形性は理想的にはそのようなクラスターの決定論的構成を可能にするが、スケーラブルな方法で実現することは困難である。
ここでは、適度な非線形性(条件相シフトが$\pi$より小さい)を用いてフォトニック量子コンピューティングを強化し、リソースオーバーヘッドを大幅に削減する可能性を検討する。
本方式の重要な要素は非線形ルータであり,その強度に応じてフォトニック波束を異なる出力ポートに優先的に指示する。
関連する例として、Rydbergブロックによる原子アンサンブルの非線形性を分析し、非線形性と付随損失とのトレードオフがよく理解されている。
我々は、効率的なベル計測とghz状態生成のためのプロトコル -- クラスター状態の構築において重要な要素とcnotゲートと量子因子分解の両方について述べる。
耐故障性MBQCに係わる多数のエンタングリング操作を考えると、我々のプロトコルが既に適度な非線形性で提供する成功確率の増加は、要求されるリソースの劇的な削減をもたらす。
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