論文の概要: Analytical Fidelity Calculations for Photonic Linear Cluster State Generation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.11078v1
- Date: Fri, 16 May 2025 10:08:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-19 14:36:14.585358
- Title: Analytical Fidelity Calculations for Photonic Linear Cluster State Generation
- Title（参考訳）: フォトニックリニアクラスタ状態生成のための解析的忠実度計算
- Authors: Rohit Prasad, Simon Reiß, Giora Peniakov, Yorick Reum, Peter van Loock, Sven Höfling, Tobias Huber-Loyola, Andreas Theo Pfenning,
- Abstract要約: 我々は,線形クラスタ状態を生成するプロトコルのプロセスを通じて,大域密度行列を追跡するアルゴリズムを開発した。
本研究では,3光子および7光子線形クラスター状態に対する準ユニティエンタングゲートの忠実度と準ユニティ状態忠実度が到達可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.122012401752171
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: By precisely timed optical excitation of their spin, optical emitters such as semiconductor quantum dots or atoms can be harnessed as sources of linear photonic cluster states. This significantly reduces the required resource overhead to reach fault-tolerant optical quantum computing. Here, we develop an algorithm that analytically tracks the global density matrix through the process of the protocol for generating linear-cluster states by Lindner and Rudolph. From this we derive a model to calculate the entangling gate fidelity and the state fidelity of the generated linear optical cluster states. Our model factors in various sources of error, such as spin decoherence and the finite excited state lifetime. Additionally, we highlight the presence of partial reinitialization of spin coherence with each photon emission, eliminating the hard limitation of coherence time. Our framework provides valuable insight into the cost-to-improvement trade-offs for device design parameters as well as the identification of optimal working points. For a combined state-of-the-art quantum dot with a spin coherence time of T_2^*=535 ns and an excited state lifetime of {\tau}=23 ps, we show that a near-unity entangling gate fidelity as well as near-unity state fidelity for 3-photon and 7-photon linear cluster states can be reached.
- Abstract（参考訳）: スピンの正確な光励起により、半導体量子ドットや原子のような光エミッタを線形フォトニッククラスター状態の源として利用することができる。
これにより、フォールトトレラントな光量子コンピューティングに到達するために必要なリソースオーバーヘッドが大幅に削減される。
本稿では、リンドナーとルドルフによる線形クラスタ状態を生成するプロトコルのプロセスを通して、大域密度行列を解析的に追跡するアルゴリズムを開発する。
そこで我々は,生成した線形光クラスター状態の絡み合うゲートの忠実度と状態の忠実度を計算するモデルを導出した。
我々のモデル因子はスピンデコヒーレンスや有限励起状態寿命などの様々な誤差源にある。
さらに,スピンコヒーレンスの部分的再初期化の存在を光子放射とともに強調し,コヒーレンス時間の厳密な制限を排除した。
我々のフレームワークは、デバイス設計パラメータのコスト対改善トレードオフと最適な作業点の同定に関する貴重な洞察を提供する。
スピンコヒーレンス時間 T_2^*=535 ns と励起状態寿命 {\tau}=23 ps との組み合わせにより、3光子および7光子線形クラスター状態に対する準ユニティ状態の忠実度が到達可能であることを示す。
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