論文の概要: Quantum Circuit Mapping for Universal and Scalable Computing in MZI-based Integrated Photonics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.16875v1
• Date: Tue, 30 Jan 2024 10:29:13 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-31 15:31:45.260360
• Title: Quantum Circuit Mapping for Universal and Scalable Computing in MZI-based Integrated Photonics
• Title（参考訳）: MZIを用いた集積フォトニクスにおけるユニバーサルおよびスケーラブルコンピューティングのための量子回路マッピング
• Authors: Yong Kwon, Alessio Baldazzi, Lorenzo Pavesi, Byung-Soo Choi
• Abstract要約: 統合フォトニックプラットフォーム上での普遍的でスケーラブルなLOQCに向けたアプローチを提案する。 我々は、新しいパス符号化量子ビットの定期的なラベル付き構造をポストセレクトされたCZに必要な構造にマッピングするスワップフォトニックネットワークを導入する。 このようにして、量子ビットの位置を決定論的に交換し、経路符号化された任意の量子ビット間で制御された量子ゲートを実行することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Linear optical quantum computing (LOQC) offers a quantum computation paradigm based on well-established and robust technology and flexible environmental conditions following DiVincenzo's criteria. Within this framework, integrated photonics can be utilized to achieve gate-based quantum computing, defining qubits by path-encoding, quantum gates through the use of Mach-Zehnder interferometers (MZIs) as fundamental building blocks, and measurements through single-photon detectors. In particular, universal two-qubit gates can be achieved by suitable structures of MZIs together with post-selection or heralding. The most resource-efficient choice is given by the post-selected CZ gate. However, this implementation is characterized by a design which has a non-regular structure and cannot be cascaded. This limits the implementation of large-scale LOQC. Starting from these issues, we suggest an approach to move toward a universal and scalable LOQC on the integrated photonic platform. First of all, choosing the post-selected CZ as universal two-qubit gate, we extend the path-encoded dual-rail qubit to a triplet of waveguides, composed of an auxiliary waveguide and the pair of waveguides corresponding to the qubit basis states. Additionally, we introduce a swap photonic network that maps the regularly-labeled structure of the new path-encoded qubits to the structure needed for the post-selected CZ. We also discuss the optical swap gate that allows the connection of non-nearest neighbor path-encoded qubits. In this way, we can deterministically exchange the locations of the qubits and execute controlled quantum gates between any path-encoded qubits. Next, by truncating the auxiliary waveguides after any post-selected CZ, we find that it is possible to cascade this optical gate when it acts on different pairs that share only one qubit.
• Abstract（参考訳）: 線形光学量子コンピューティング(loqc)は、ディヴィンチェンツォの基準に従って確立され堅牢な技術と柔軟な環境条件に基づいた量子計算パラダイムを提供する。 このフレームワーク内では、統合フォトニクスを利用して、ゲートベースの量子コンピューティング、パスエンコーディングによる量子ビットの定義、マッハ・ツェンダー干渉計(mzis)による量子ゲート、単一光子検出器による測定を行うことができる。 特に、普遍的な2ビットゲートは、選択後やシェラルディングと共にMZIの適切な構造によって達成できる。 最もリソース効率のよい選択は、選択後のCZゲートによって与えられる。 しかし、この実装は非正規構造でカスケードできない設計で特徴付けられる。 これにより、大規模なLOQCの実装が制限される。 これらの問題から,統合フォトニックプラットフォーム上での普遍的でスケーラブルなLOQCに向けたアプローチを提案する。 まず、選択後のczを普遍的な2量子ビットゲートとして選択し、パスエンコードされたデュアルレール量子ビットを補助導波路と2つの導波路からなる導波路の三重項に拡張する。 さらに,新しいパスエンコードキュービットの規則的にラベルされた構造を,ポスト選択されたczに必要な構造にマッピングするスワップフォトニックネットワークを導入する。 また、隣接経路符号化量子ビットの接続を可能にする光スワップゲートについても論じる。 このようにして、量子ビットの位置を決定論的に交換し、任意のパスエンコードされた量子ビット間で制御された量子ゲートを実行することができる。 次に、後選択されたCZの後、補助導波路を切断することにより、この光ゲートが1つの量子ビットしか共有しない異なるペアに作用するときにカスケードできることが分かる。

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