論文の概要: Polarization and Orbital Angular Momentum Encoded Quantum Toffoli Gate Enabled by Diffractive Neural Networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.17266v1
- Date: Tue, 26 Nov 2024 09:42:19 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-27 13:31:05.802547
- Title: Polarization and Orbital Angular Momentum Encoded Quantum Toffoli Gate Enabled by Diffractive Neural Networks
- Title（参考訳）: 回折ニューラルネットワークで実現した量子トフォリゲートの偏極と軌道角運動量
- Authors: Qianke Wang, Dawei Lyu, Jun Liu, Jian Wang,
- Abstract要約: 制御された量子ゲートは、量子ビット間の相互作用を促進することによって量子普遍演算を可能にする上で重要な役割を果たす。
単一光子の偏光と軌道角運動量を完全に活用した量子トフォリゲートの実験実験を行った。
我々は、216の異なる入力状態の量子状態トモグラフィーと量子プロセストモグラフィーによりゲートの性能を特徴付け、プロセス忠実度は94.05pm 0.02%$である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.153557964788408
- License:
- Abstract: Controlled quantum gates play a crucial role in enabling quantum universal operations by facilitating interactions between qubits. Direct implementation of three-qubit gates simplifies the design of quantum circuits, thereby being conducive to performing complex quantum algorithms. Here, we propose and present an experimental demonstration of a quantum Toffoli gate fully exploiting the polarization and orbital angular momentum of a single photon. The Toffoli gate is implemented using the polarized diffractive neural networks scheme, achieving a mean truth table visibility of $97.27\pm0.20\%$. We characterize the gate's performance through quantum state tomography on 216 different input states and quantum process tomography, which yields a process fidelity of $94.05\pm 0.02\%$. Our method offers a novel approach for realizing the Toffoli gate without requiring exponential optical elements while maintaining extensibility to the implementation of other three-qubit gates.
- Abstract（参考訳）: 制御された量子ゲートは、量子ビット間の相互作用を促進することによって量子普遍的な操作を可能にする上で重要な役割を果たす。
3ビットゲートの直接実装は、量子回路の設計を単純化し、複雑な量子アルゴリズムの実行に寄与する。
ここでは、単一光子の偏光と軌道角運動量を完全に活用する量子トフォリゲートの実験的なデモンストレーションを提案する。
Toffoli ゲートは偏光拡散型ニューラルネットワークスキームを用いて実装され、平均真理表の可視性は 97.27\pm0.20\%$ である。
我々は、216の異なる入力状態の量子状態トモグラフィーと量子プロセストモグラフィーによりゲートの性能を特徴付け、プロセス忠実度は94.05\pm 0.02\%$である。
提案手法は,他の3ビットゲートの実装の拡張性を維持しつつ,指数光学素子を必要としないトフォリゲートを実現するための新しい手法を提供する。
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