論文の概要: All-optical quantum computing using cubic phase gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.09060v2
- Date: Sat, 13 Jul 2024 21:17:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-17 05:38:07.588837
- 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分解法に基づく。
- 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 paper, 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 off-line squeezed-state or single-photon resources. Our approach is based on a decomposition technique combining exact gate decompositions and approximate Trotterization. This allows for efficient decompositions of certain nonlinear continuous-variable multimode 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、非線形に光電場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も強力な競争相手の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、原理的には 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。
本稿では,ビームスプリッタと単一モード立方相ゲートを合理的な数で組み合わせることで,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分解法に基づく。
これにより、いくつかの非線形連続可変多モードゲートを基本ゲートに効率よく分解することができる。
最終的なゲート操作には、2モード制御相回転と3モードラビ型ハミルトンゲートが含まれており、これは高忠実な単一光子2ビットエンタングリングゲートの実現や、ボゾン符号の例として、高品質なゴテスマン・キタエフ・プレスキル状態を生成するために用いられる。
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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