論文の概要: Experimental realization of universal quantum gates and six-qubit entangled state using photonic quantum walk

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.06665v2
• Date: Fri, 06 Dec 2024 14:40:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-09 15:53:29.984024
• Title: Experimental realization of universal quantum gates and six-qubit entangled state using photonic quantum walk
• Title（参考訳）: フォトニック量子ウォークを用いた普遍量子ゲートと6量子絡み合った状態の実験的実現
• Authors: Kanad Sengupta, S. P. Dinesh, K. Muhammed Shafi, Soumya Asokan, C. M. Chandrashekar,
• Abstract要約: 室温での高忠実度量子ゲートの普遍的な実現を実験的に実証した。 単一光子を用いた3量子系では、第1の量子ビットは偏光情報を用いて符号化され、残りの2つの量子ビットは経路情報を用いて符号化される。 6キュービットのグリーンバーガー・ホーネ・ザイリンガー状態を生成するために、2つの3キュービット加群を絡めるために、絡み合った光子対を用いる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2006360539727923
• License:
• Abstract: For quantum computation using photons, performing deterministic quantum gate operations is a challenge due to the probabilistic nature of the photon-photon interaction. Encoding qubits in multiple degrees-of-freedom of photons and controlling operations between them is one of the promising ways to navigate the probabilistic behavior. Using single-photon discrete-time quantum walk in combination with polarization and path degrees-of-freedom, we experimentally demonstrate the realization of a universal set of quantum gates with high fidelity at room temperature. The deterministic realization of quantum gates through photonic quantum walk are characterized via quantum state tomography. For a three-qubit system using a single photon, the first qubit is encoded using polarization information, and the other two qubits are encoded using path information, closely resembling a Galton-board setup. To generate a six-qubit Greenberger-Horne-Zeilinger state, entangled photon pairs are used to entangle the two three-qubit modules on which gate operations are performed. We also provide insights into the mapping of photonic quantum walk operations to quantum circuits and propose methods to resourcefully scale. This demonstration marks a significant progress towards using quantum walks for quantum computing and provides a framework for using fewer photons in combination with different degrees-of-freedom of photon to scale the number of qubits.
• Abstract（参考訳）: 光子を用いた量子計算では、光子-光子相互作用の確率論的性質のため、決定論的量子ゲート演算が困難である。 複数の光子の自由度で量子ビットを符号化し、それらの間の操作を制御することは確率的振る舞いをナビゲートする有望な方法の1つである。 単一光子離散時間量子ウォークと偏光と自由度を組み合わせ,室温での高忠実度量子ゲートの普遍的な実現を実験的に実証した。 光量子ウォークによる量子ゲートの決定論的実現は、量子状態トモグラフィーによって特徴づけられる。 単一光子を用いた3量子系では、第1の量子ビットは偏光情報を用いて符号化され、残りの2つの量子ビットは、ガルトンボードのセットアップとよく似た経路情報を用いて符号化される。 6ビットのグリーンバーガー・ホーネ・ザイリンガー状態を生成するために、ゲート操作を行う2つの3ビットモジュールを絡み合わせるために、絡み合った光子対を用いる。 また、光量子ウォーク演算の量子回路へのマッピングに関する洞察を提供し、資源的にスケールする方法を提案する。 このデモンストレーションは量子ウォークを量子コンピューティングに利用するための大きな進歩であり、量子ビットの数を拡大するために、異なる自由度の光子と組み合わせて少ない光子を使用するためのフレームワークを提供する。

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