論文の概要: Universal Logical Quantum Photonic Neural Network Processor via Cavity-Assisted Interactions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.02088v1
- Date: Wed, 2 Oct 2024 23:21:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-04 08:55:37.067514
- Title: Universal Logical Quantum Photonic Neural Network Processor via Cavity-Assisted Interactions
- Title（参考訳）: キャビティアシストインタラクションによるユニバーサル論理量子フォトニックニューラルネットワークプロセッサ
- Authors: Jasvith Raj Basani, Murphy Yuezhen Niu, Edo Waks,
- Abstract要約: 量子フォトニクスニューラルネットワークを用いて任意の多モード多光子状態に対する論理量子演算を準備・実行するためのアーキテクチャを提案する。
提案アーキテクチャは、誤り訂正量子計算を可能にする、短期的な量子フォトニックプロセッサの道を開くものである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Encoding quantum information within bosonic modes offers a promising direction for hardware-efficient and fault-tolerant quantum information processing. However, achieving high-fidelity universal control over the bosonic degree of freedom using native photonic hardware remains a challenge. Here, we propose an architecture to prepare and perform logical quantum operations on arbitrary multimode multi-photon states using a quantum photonic neural network. Central to our approach is the optical nonlinearity, which is realized through strong light-matter interaction with a three-level Lambda atomic system. The dynamics of this interaction are confined to the single-mode subspace, enabling the construction of high-fidelity quantum gates. This nonlinearity functions as a photon-number selective phase gate, which facilitates the construction of a universal gate set and serves as the element-wise activation function in our neural network architecture. Through numerical simulations, we demonstrate the versatility of our approach by executing tasks that are key to logical quantum information processing. The network is able to deterministically prepare a wide array of multimode multi-photon states, including essential resource states. We also show that the architecture is capable of encoding and performing logical operations on bosonic error-correcting codes. Additionally, by adapting components of our architecture, error-correcting circuits can be built to protect bosonic codes. The proposed architecture paves the way for near-term quantum photonic processors that enable error-corrected quantum computation, and can be achieved using present-day integrated photonic hardware.
- Abstract（参考訳）: ボソニックモードで量子情報を符号化することは、ハードウェア効率とフォールトトレラントな量子情報処理に有望な方向を提供する。
しかし、ネイティブフォトニックハードウェアを用いたボソニック自由度に対する高忠実度ユニバーサルコントロールの実現は依然として課題である。
本稿では、量子フォトニクスニューラルネットワークを用いて、任意の多モード多光子状態に対する論理量子演算の準備と実行を行うアーキテクチャを提案する。
我々のアプローチの中心は光学的非線形性であり、3レベルLambda原子系との強い光-物質相互作用によって実現される。
この相互作用のダイナミクスは単一モード部分空間に限られており、高忠実度量子ゲートの構築を可能にする。
この非線形性は光子数選択位相ゲートとして機能し、普遍ゲートセットの構築を容易にし、ニューラルネットワークアーキテクチャにおける要素ワイドアクティベーション機能として機能する。
数値シミュレーションにより、論理量子情報処理の鍵となるタスクを実行することで、我々のアプローチの汎用性を実証する。
このネットワークは、必須資源状態を含む幅広いマルチモード多光子状態を決定的に準備することができる。
また,このアーキテクチャはボソニックな誤り訂正符号上で論理演算を符号化し,実行可能であることを示す。
さらに、アーキテクチャのコンポーネントを適応させることで、ボソニックコードを保護するためにエラー訂正回路を構築することができる。
提案アーキテクチャは,誤差補正型量子計算が可能で,現在の集積フォトニックハードウェアで実現可能な,短期的な量子フォトニックプロセッサの道を開くものである。
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