論文の概要: All-optical quantum computing using cubic phase gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.09060v1
- Date: Wed, 16 Nov 2022 17:21:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-19 09:26:55.825042
- Title: All-optical quantum computing using cubic phase gates
- Title(参考訳): 立方相ゲートを用いた全光量子コンピューティング
- Authors: Niklas Budinger, Akira Furusawa, Peter van Loock
- Abstract要約: 我々は、全光学的、普遍的、フォールトトレラントな量子計算の要素をどのように実装できるかを示す。
本手法は, 正確なゲート分解と近似トロッタライゼーションを組み合わせた, 新規な分解手法に基づく。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: If suitable quantum optical interactions were available, transforming optical
field mode operators in a nonlinear fashion, the all-photonics platform could
be one of the strongest contenders for realizing a quantum computer. Unlike
other, matter-based (solid-state or atomic) platforms, photonic qubits can be
operated at room temperature and high clock rates (GHz or, in principle, even
THz). In addition, recent continuous-variable time-domain approaches are
extremely well scalable. Moreover, while single-photon qubits may be processed
directly, "brighter" logical qubits may be embedded in individual oscillator
modes, using so-called bosonic codes, for an in-principle fault-tolerant
processing. In this work, we show how elements of all-optical, universal, and
fault-tolerant quantum computation can be implemented using only beam splitters
together with single-mode cubic phase gates in reasonable numbers, and possibly
offline squeezed-state or single-photon resources. Our approach is based on a
novel decomposition technique combining exact gate decompositions and
approximate trotterization. This allows for efficient decompositions of certain
nonlinear continuous-variable multi-mode gates into the elementary gates, where
the few cubic gates needed may even be weak or all identical, thus facilitating
potential experiments. The final gate operations include two-mode controlled
phase rotation and three-mode Rabi-type Hamiltonian gates, which are shown to
be employable for realizing high-fidelity single-photon two-qubit entangling
gates or, as a bosonic-code example, creating high-quality
Gottesman-Kitaev-Preskill states. We expect our method of general use with
various applications, including those that rely on quartic Kerr-type
interactions.
- Abstract(参考訳): もし適切な量子光学相互作用が利用可能で、非線形に光学モード演算子を変換すれば、全フォトニクスプラットフォームは量子コンピュータを実現するための最強の競争相手の1つである。
他の物質ベースの(固体または原子)プラットフォームとは異なり、フォトニック量子ビットは室温と高クロックレート(GHzまたは原則として THz )で動作することができる。
さらに、最近の連続変数の時間ドメインアプローチは非常にスケーラブルです。
さらに、単一光子量子ビットは直接処理されるが、「明るい」論理量子ビットは個々の発振器モードに埋め込むことができ、ボソニック符号(bosonic codes)と呼ばれる。
本研究では,ビームスプリッタと単モード立方体位相ゲートのみを適度な数で,オフラインの圧縮状態あるいは単一光子リソースを用いて,全光,普遍的,フォールトトレラントな量子計算を実現する方法を示す。
本手法は, 正確なゲート分解と近似トロッタライゼーションを組み合わせた新しい分解手法に基づく。
これにより、ある種の非線形連続変量多モードゲートを基本ゲートに効率的な分解が可能となり、必要な数立方ゲートは弱く、あるいはすべて同一である可能性さえあるため、潜在的な実験が容易になる。
最後のゲート操作には、2モード制御された位相回転と3モードのラビ型ハミルトニアンゲートがあり、これは高忠実度単光子2量子エンタングゲートを実現するために用いられるか、ボソニック符号の例として高品質なゴッテマン・キタエフ・プレススキル状態を生成する。
我々は、クォートカー型相互作用に依存するものなど、様々なアプリケーションで一般的な利用法を期待する。
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