論文の概要: A general-purpose single-photon-based quantum computing platform

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.00874v1
• Date: Thu, 1 Jun 2023 16:35:55 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-02 14:38:22.214242
• Title: A general-purpose single-photon-based quantum computing platform
• Title（参考訳）: 汎用単一光子型量子コンピューティングプラットフォーム
• Authors: Nicolas Maring, Andreas Fyrillas, Mathias Pont, Edouard Ivanov, Petr Stepanov, Nico Margaria, William Hease, Anton Pishchagin, Thi Huong Au, S\'ebastien Boissier, Eric Bertasi, Aur\'elien Baert, Mario Valdivia, Marie Billard, Ozan Acar, Alexandre Brieussel, Rawad Mezher, Stephen C. Wein, Alexia Salavrakos, Patrick Sinnott, Dario A. Fioretto, Pierre-Emmanuel Emeriau, Nadia Belabas, Shane Mansfield, Pascale Senellart, Jean Senellart and Niccolo Somaschi
• Abstract要約: 本報告では,単一光子を用いたユーザ可読な汎用量子コンピューティングのプロトタイプについて報告する。 再構成可能なチップ上に、普遍線形光ネットワークを供給する高効率量子ドット単光子源を備える。 我々は、計測ベースの量子コンピューティングに向けた重要なマイルストーンである3光子エンタングルメント生成について報告する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.56899230501635
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum computing aims at exploiting quantum phenomena to efficiently perform computations that are unfeasible even for the most powerful classical supercomputers. Among the promising technological approaches, photonic quantum computing offers the advantages of low decoherence, information processing with modest cryogenic requirements, and native integration with classical and quantum networks. To date, quantum computing demonstrations with light have implemented specific tasks with specialized hardware, notably Gaussian Boson Sampling which permitted quantum computational advantage to be reached. Here we report a first user-ready general-purpose quantum computing prototype based on single photons. The device comprises a high-efficiency quantum-dot single-photon source feeding a universal linear optical network on a reconfigurable chip for which hardware errors are compensated by a machine-learned transpilation process. Our full software stack allows remote control of the device to perform computations via logic gates or direct photonic operations. For gate-based computation we benchmark one-, two- and three-qubit gates with state-of-the art fidelities of $99.6\pm0.1 \%$, $93.8\pm0.6 \%$ and $86\pm1.2 \%$ respectively. We also implement a variational quantum eigensolver, which we use to calculate the energy levels of the hydrogen molecule with high accuracy. For photon native computation, we implement a classifier algorithm using a $3$-photon-based quantum neural network and report a first $6$-photon Boson Sampling demonstration on a universal reconfigurable integrated circuit. Finally, we report on a first heralded 3-photon entanglement generation, a key milestone toward measurement-based quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、量子現象を利用して、最も強力な古典的スーパーコンピュータでも実現不可能な計算を効率的に行うことを目的としている。 将来有望な技術的アプローチの中で、フォトニック量子コンピューティングは、低デコヒーレンス、極度の低温要求を持つ情報処理、古典的および量子ネットワークとのネイティブな統合の利点を提供する。 これまで、光による量子コンピューティングの実証は特別なハードウェアで特定のタスクを実装しており、特にガウス・ボソン・サンプリングは量子計算の優位性に到達することを許していた。 本稿では,単一光子を用いた汎用量子コンピューティングの最初のプロトタイプについて報告する。 機械学習トランスパイル処理によりハードウェアエラーを補償する再構成可能なチップ上に、普遍線形光ネットワークを供給する高効率量子ドット単光子源を備える。 私たちのソフトウェアスタックは、デバイスのリモートコントロールにより、ロジックゲートまたは直接フォトニック操作を介して計算を実行できます。 ゲートベースの計算では、99.6\pm0.1 \%$、9.8\pm0.6 \%$、8.6\pm1.2 \%$の1ビット、2ビット、3ビットゲートをそれぞれベンチマークする。 また,水素分子のエネルギー準位を高精度に計算するために,変分量子固有解法を実装した。 光子ネイティブ計算のために、3ドルの光子ベースの量子ニューラルネットワークを用いて分類器アルゴリズムを実装し、ユニバーサル再構成可能な集積回路上で最初の6ドルの光子ボソンサンプリングデモンストレーションを報告する。 最後に、計測ベースの量子コンピューティングに向けた重要なマイルストーンである3光子エンタングルメント生成について報告する。

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