論文の概要: Quantum logical controlled-NOT gate in a lithium niobate-on-insulator photonic quantum walk

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.16674v1
• Date: Fri, 26 May 2023 06:48:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-29 16:40:49.500230
• Title: Quantum logical controlled-NOT gate in a lithium niobate-on-insulator photonic quantum walk
• Title（参考訳）: ニオブ酸リチウム-絶縁体フォトニックウォークにおける量子論理制御ノットゲート
• Authors: Robert J. Chapman, Samuel H\"ausler, Giovanni Finco, Fabian Kaufmann, Rachel Grange
• Abstract要約: 2量子制御NOTゲートをニオブ酸リチウムイオン絶縁体導波路のアレイで実験的に実証した。 ゲートを用いて重畳状態に制御光子を準備することにより9245pm0.002$忠実度で絡み合った量子ビットを生成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum computers comprise elementary logic gates that initialize, control and measure delicate quantum states. One of the most important gates is the controlled-NOT, which is widely used to prepare two-qubit entangled states. The controlled-NOT gate for single photon qubits is normally realized as a six-mode network of individual beamsplitters. This architecture however, utilizes only a small fraction of the circuit for the quantum operation with the majority of the footprint dedicated to routing waveguides. Quantum walks are an alternative photonics platform that use arrays of coupled waveguides with a continuous interaction region instead of discrete gates. While quantum walks have been successful for investigating condensed matter physics, applying the multi-mode interference for logical quantum operations is yet to be shown. Here, we experimentally demonstrate a two-qubit controlled-NOT gate in an array of lithium niobate-on-insulator waveguides. We engineer the tight-binding Hamiltonian of the six evanescently-coupled single-mode waveguides such that the multi-mode interference corresponds to the linear optical controlled-NOT unitary. We measure the two-qubit transfer matrix with $0.938\pm0.003$ fidelity, and we use the gate to generate entangled qubits with $0.945\pm0.002$ fidelity by preparing the control photon in a superposition state. Our results highlight a new application for quantum walks that use a compact multi-mode interaction region to realize large multi-component quantum circuits.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、繊細な量子状態の初期化、制御、測定を行う基本論理ゲートを構成する。 最も重要なゲートの1つは制御NOTであり、2ビットの絡み合った状態を作るのに広く使われている。 単一光子量子ビットの制御なしゲートは通常、個々のビームスプリッターの6モードネットワークとして実現される。 しかし、このアーキテクチャは量子演算のために回路のごく一部しか利用せず、フットプリントの大部分は導波路をルーティングするものである。 量子ウォークは、離散ゲートの代わりに連続的な相互作用領域を持つ結合導波路の配列を使用する代替フォトニクスプラットフォームである。 量子ウォークは凝縮物質物理学の研究に成功しているが、論理量子演算に対するマルチモード干渉の適用はまだ示されていない。 ここでは、ニオブ酸リチウムイオン絶縁体導波路の配列に2量子制御NOTゲートを実験的に示す。 我々は、多重モード干渉が線形光制御NOTユニタリに対応するように、6つのエバネッセント結合単一モード導波路の強結合ハミルトニアンを設計した。 重畳状態に制御光子を準備することにより、2量子移動行列を0.938\pm0.003$fidelityで測定し、このゲートを用いて0.945\pm0.002$fidelityで絡み合った量子ビットを生成する。 本研究では,コンパクトなマルチモード相互作用領域を用いて大規模量子回路を実現する量子ウォークの新しい応用について述べる。

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