論文の概要: Generation of Flying Logical Qubits using Generalized Photon Subtraction with Adaptive Gaussian Operations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.07287v1
• Date: Sun, 14 Jan 2024 13:42:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-17 18:55:22.646399
• Title: Generation of Flying Logical Qubits using Generalized Photon Subtraction with Adaptive Gaussian Operations
• Title（参考訳）: 適応ガウス演算を用いた一般化光子減算を用いたフライング論理量子ビットの生成
• Authors: Kan Takase, Fumiya Hanamura, Hironari Nagayoshi, J. Eli Bourassa, Rafael N. Alexander, Akito Kawasaki, Warit Asavanant, Mamoru Endo, and Akira Furusawa
• Abstract要約: 適応ガウス演算により複数の量子状態からGKP量子ビットを効率的に合成する手法を提案する。 現実的なスケールで耐故障性GKP量子ビットを生成する単一ショット成功確率は,従来の手法の100万倍の10$%以上である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The generation of a logical qubit called the Gottesman-Kitaev-Preskill qubit in an optical traveling wave is a major challenge for realizing large-scale universal fault-tolerant optical quantum computers. Recently, probabilistic generation of elementary GKP qubits has been demonstrated using photon number measurements and homodyne measurements. However, the generation rate is only a few Hz, and it will be difficult to generate fault-tolerant GKP qubits at a practical rate unless success probability is significantly improved. Here, we propose a method to efficiently synthesize GKP qubits from several quantum states by adaptive Gaussian operations. In the initial state preparation that utilizes photon number measurements, an adaptive operation allows any measurement outcome above a certain threshold to be considered as a success. This threshold is lowered by utilizing the generalized photon subtraction method. The initial states are synthesized into a GKP qubit by homodyne measurements and a subsequent adaptive operation. As a result, the single-shot success probability of generating fault-tolerant GKP qubits in a realistic scale system exceeds 10$\%$, which is one million times better than previous methods. This proposal will become a powerful tool for advancing optical quantum computers from the proof-of-principle stage to practical application.
• Abstract（参考訳）: 光移動波におけるGottesman-Kitaev-Preskill qubitと呼ばれる論理量子ビットの生成は、大規模で普遍的なフォールトトレラントな光量子コンピュータを実現する上で大きな課題である。 近年,光子数測定とホモダイン測定を用いて基本GKP量子ビットの確率的生成が実証されている。 しかし、生成速度はわずか数Hzであり、成功確率が著しく改善されない限り、実用速度で耐故障性GKP量子ビットを生成することは困難である。 本稿では,複数の量子状態からgkp量子ビットを適応ガウス演算により効率的に合成する方法を提案する。 光子数測定を利用する初期状態準備において、適応演算により一定の閾値を超える任意の測定結果を成功とみなすことができる。 この閾値を一般化光子減算法を用いて低下させる。 初期状態はホモダイン測定とその後の適応操作によりGKP量子ビットに合成される。 その結果、現実的なスケールで耐故障性GKP量子ビットを生成する単一ショット成功確率は、従来の手法の100万倍である10$\%$を超えている。 この提案は、原理実証段階から実用段階へ光量子コンピュータを進化させるための強力なツールとなる。

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