論文の概要: Resource-efficient high-threshold fault-tolerant quantum computation with weak nonlinear optics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.16536v1
- Date: Sat, 21 Dec 2024 08:32:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-24 15:57:38.029405
- Title: Resource-efficient high-threshold fault-tolerant quantum computation with weak nonlinear optics
- Title（参考訳）: 弱非線形光学を用いた資源効率の高い高閾値耐故障量子計算
- Authors: Kosuke Fukui, Peter van Loock,
- Abstract要約: 本稿では,ゴッテマン・キタエフ・プレスキル(GKP)と単一光子量子ビットをハイブリッドすることで,大規模クラスタ状態を生成する手法を提案する。
私たちのスキームはリソースコストの低減、すなわち論理量子ビット当たりの物理量子ビット/光子数や初期絡み合いの削減を図っている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Quantum computation with light, compared with other platforms, offers the unique benefit of natural high-speed operations at room temperature and large clock rate, but a big obstacle of photonics is the lack of strong nonlinearities which also makes loss-tolerant or generally fault-tolerant quantum computation (FTQC) complicated in an all-optical setup. Typical current approaches to optical FTQC that aim at building suitable large multi-qubit cluster states by linearly fusing small elementary resource states would still demand either fairly expensive initial resources or rather low loss and error rates. Here we propose reintroducing weakly nonlinear operations, such as a weak cross-Kerr interaction, to achieve small initial resource cost and high error thresholds at the same time. More specifically, we propose an approach to generate a large-scale cluster state by hybridizing Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) and single-photon qubits. Our approach enables us to implement FTQC based on GKP squeezing of 7.4 and 8.4 dB and a photon loss rate of 1.0 and 5.0 %, respectively. In addition, our scheme has a reduced resource cost, i.e., number of physical qubits/photons per logical qubit or initial entanglement, compared to high-threshold FTQC with optical GKP qubits or fusion-based quantum computation with encoded single-photon-qubit states, respectively. Furthermore, our approach, when assuming very low photon loss, allows to employ GKP squeezing as little as 3.8 dB, which cannot be achieved by using GKP qubits alone.
- Abstract（参考訳）: 光による量子計算は、他のプラットフォームと比較して、室温と大きなクロックレートでの自然な高速演算のユニークな利点を提供するが、フォトニクスの大きな障害は、損失耐性または一般にフォールトトレラントな量子計算(FTQC)を全光学的に複雑にする強い非線形性の欠如である。
光FTQCの典型的なアプローチは、小さな基本資源状態を線形に融合させることによって、適切な大規模なマルチキュービットクラスタ状態を構築することを目的としており、それでもかなり高価な初期資源を必要とするか、むしろ損失とエラー率のどちらかを必要とする。
本稿では,弱いクロスカー相互作用のような弱い非線形操作を再導入し,小さな初期資源コストと高いエラー閾値を同時に達成することを提案する。
具体的には,Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP)と単一光子量子ビットをハイブリッドすることで,大規模クラスタ状態を生成する手法を提案する。
提案手法により,GKPの7.4dBと8.4dBと光子損失率1.0と5.0%に基づいてFTQCを実装できる。
さらに,本方式は,光GKP量子ビットを用いた高閾値FTQCや,符号化された単一光子量子ビット状態の核融合型量子計算と比較して,論理量子ビット当たりの物理量子ビット/光子数や初期エンタングルメントの削減が図られている。
さらに、非常に低い光子損失を仮定すると、3.8dBのGKPスクイーズを使用できるが、GKPキュービットだけでは達成できない。
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