論文の概要: Quantum advantage using high-dimensional twisted photons as quantum finite automata

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2202.04915v2
• Date: Wed, 22 Jun 2022 19:17:44 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-26 04:58:24.520462
• Title: Quantum advantage using high-dimensional twisted photons as quantum finite automata
• Title（参考訳）: 量子有限オートマトンとしての高次元ツイスト光子を用いた量子アドバンテージ
• Authors: Stephen Z. D. Plachta, Markus Hiekkam\"aki, Abuzer Yakary{\i}lmaz, Robert Fickler
• Abstract要約: 単一光子上に符号化されたマルチキュービットQFAの実験的実装を示す。 2から8個のOAM量子状態を用いて最大4つの並列量子ビットを実装し、高次元QFAが素数 5 と 11 を検出可能であることを示す。 我々の研究は、単一光子のOAM自由度で符号化された多ビット状態の符号化、操作、解読の容易さの恩恵を受けている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum finite automata (QFA) are basic computational devices that make binary decisions using quantum operations. They are known to be exponentially memory efficient compared to their classical counterparts. Here, we demonstrate an experimental implementation of multi-qubit QFAs using the orbital angular momentum (OAM) of single photons. We implement different high-dimensional QFAs encoded on a single photon, where multiple qubits operate in parallel without the need for complicated multi-partite operations. Using two to eight OAM quantum states to implement up to four parallel qubits, we show that a high-dimensional QFA is able to detect the prime numbers 5 and 11 while outperforming classical finite automata in terms of the required memory. Our work benefits from the ease of encoding, manipulating, and deciphering multi-qubit states encoded in the OAM degree of freedom of single photons, demonstrating the advantages structured photons provide for complex quantum information tasks.
• Abstract（参考訳）: 量子有限オートマトン (QFA) は、量子演算を用いて二項決定を行う基本的な計算装置である。 これらは古典的に比べて指数的にメモリ効率が良いことが知られている。 本稿では、単一光子の軌道角運動量(oam)を用いたマルチ量子ビットqfaの実験実装を示す。 単一光子上に符号化された異なる高次元QFAを実装し、複雑な多部演算を必要とせずに複数のキュービットを並列に動作させる。 最大4つの並列量子ビットを実装するために2から8のoam量子状態を用いることで、高次元qfaは必要メモリの点で古典的有限オートマトンを上回りながら素数5と11を検出できることを示した。 私たちの研究は、シングルフォトンの自由度で符号化されたマルチ量子ビット状態のエンコーディング、操作、解読が容易であることの利点を享受し、複雑な量子情報タスクに構造化フォトンが与える利点を示しています。

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