論文の概要: Quantum teleportation of an elemental silicon nanophotonic CNOT gate

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.16783v1
• Date: Tue, 22 Jul 2025 17:29:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-23 21:34:14.221634
• Title: Quantum teleportation of an elemental silicon nanophotonic CNOT gate
• Title（参考訳）: シリコンナノフォトニックCNOTゲートの量子テレポーテーション
• Authors: Kai-Chi Chang, Xiang Cheng, Felix Ribuot-Hirsch, Murat Can Sarihan, Yujie Chen, Jaime Gonzalo Flor Flores, Mingbin Yu, Patrick Guo-Qiang Lo, Dim-Lee Kwong, Chee Wei Wong,
• Abstract要約: 大規模量子コンピュータは、古典的なコンピュータでは克服できないような実用的な問題に効果的に取り組む能力を持っている。 これらの量子コンピュータを構築する上での大きな課題は、リモートキュービットと絡み合いのためのスケーラブルなモジュールを実現することである。 量子ゲート・テレポーテーションは ローカルな操作と 古典的な通信と 共有の絡み合いだけを必要とする 我々は、スケーラブルなシリコンチッププラットフォームを用いたオンチップ制御NOT(CNOT)ゲートの量子テレポーテーションを実験的に実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.707148541633767
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Large-scale quantum computers possess the capacity to effectively tackle practical problems that can be insurmountable for classical computers. The main challenge in building these quantum computers is to realize scalable modules for remote qubits and entanglement. By assembling small, specialized parts into a larger architecture, the modular approach mitigates complexity and uncertainty. Such a distributed architecture requires non-local quantum gate operations between remote qubits. An essential method for implementing such operations, known as quantum gate teleportation, requires only local operations, classical communication, and shared entanglement. Till today, the quantum gate teleportation using a photonic chip has remained elusive. Here we experimentally demonstrate the quantum teleportation of an on-chip controlled-NOT (CNOT) gate, assisted with the scalable silicon chip platform, high-fidelity local quantum logic gates, linear optical components, post-selected entanglement, and coincidence measurements from photonic qubits. First, we measure and characterize our teleported chip-scale CNOT gate with an average truth table fidelity of 93.1 +- 0.3%. Second, for different input polarization states, we obtain an average quantum state fidelity of 87.0 +- 2.2% with our teleported on-chip CNOT gate. Third, we use our non-local CNOT gate for remote entanglement creation of four Bell states, with an average quantum state fidelity of 86.2 +- 0.8%. Fourthly, we fully characterize our teleported on-chip CNOT gate with a quantum process fidelity 83.1 +- 2.0%, and an average non-local CNOT gate fidelity of 86.5 +- 2.2%. Our teleported photonic on-chip quantum logic gate could be extended both to multiple qubits and chip-scale modules towards fault-tolerant and large-scale distributed quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 大規模量子コンピュータは、古典的なコンピュータでは克服できないような実用的な問題に効果的に取り組む能力を持っている。 これらの量子コンピュータを構築する上での大きな課題は、リモートキュービットと絡み合いのためのスケーラブルなモジュールを実現することである。 小さくて特殊な部分をより大きなアーキテクチャに組み立てることによって、モジュラーアプローチは複雑さと不確実性を軽減します。 このような分散アーキテクチャは、遠隔キュービット間の非局所量子ゲート操作を必要とする。 量子ゲートテレポーテーション(quantum gate teleportation)と呼ばれるそのような操作を実装するための重要な方法は、局所的な操作、古典的な通信、共有の絡み合いのみを必要とする。 今日、フォトニックチップを使った量子ゲートのテレポーテーションは、いまだに解明されていない。 ここでは、オンチップ制御NOT(CNOT)ゲートの量子テレポーテーション、スケーラブルなシリコンチッププラットフォーム、高忠実な局所量子論理ゲート、線形光学部品、選択後の絡み合い、フォトニック量子ビットからの同時測定を実験的に実証する。 まず、平均真理テーブル忠実度93.1 +-0.3%のチップスケールCNOTゲートの測定と特徴付けを行う。 第二に、入力偏光状態が異なる場合、平均量子状態の忠実度は87.0 +- 2.2%となる。 第3に、我々の非局所CNOTゲートを4つのベル状態の遠絡生成に使用し、平均量子状態の忠実度は86.2 +- 0.8%である。 第4に、我々は、量子プロセスの忠実度83.1 +-2.0%、および平均的な非局所的なCNOTゲート忠実度86.5 +-22%のCNOTゲートをフルに特徴付ける。 伝送されたフォトニックオンチップ量子論理ゲートは、複数の量子ビットとチップスケールのモジュールの両方に拡張され、フォールトトレラントおよび大規模分散量子計算が可能となった。

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