論文の概要: Extensible universal photonic quantum computing with nonlinearity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.06544v1
• Date: Fri, 06 Feb 2026 09:50:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-09 22:18:26.324842
• Title: Extensible universal photonic quantum computing with nonlinearity
• Title（参考訳）: 非線形性を持つ拡張可能な普遍フォトニック量子コンピューティング
• Authors: Shang Yu, Jinzhao Sun, Kuan-Cheng Chen, Zhi-Huai Yang, Zhenghao Li, Ewan Mer, Yazeed K. Alwehaibi, Shana H. Winston, Dayne Marcus D. Lopena, Zi-Cheng Zhang, Guang Yang, Runxia Tao, Mingti Zhou, Gerard J. Machado, Ying Dong, Roberto Bondesan, Vlatko Vedral, M. S. Kim, Ian A. Walmsley, Raj B. Patel,
• Abstract要約: 普遍量子コンピューティングは線形回路と決定的に強力な非線形資源の両方をサポートするアーキテクチャを必要とする。 本稿では,完全プログラム可能でスケーラブルな線形光ネットワークと非線形モジュールをシームレスに結合することで,ユニバーサルゲートセットをサポートするフォトニックコンピュータについて報告する。 このプラットフォームは、幅広い量子コンピューティングとシミュレーションタスクを可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.494822608519083
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Universal quantum computing requires an architecture that supports both linear circuits and, crucially, strong nonlinear resources. For quantum photonic systems, integrating such nonlinearities with scalable linear circuitry has been a major bottleneck, leaving most optical experiments without nonlinear operations and, consequently, incapable of achieving universality. Here, we report an extensible photonic computer that supports a universal gate set by seamlessly combining fully programmable, scalable linear optical networks with integrated nonlinear modules. This platform enables a broad range of quantum computing and simulation tasks. We demonstrate the quasi-deterministic generation of optical Gottesman-Kitaev-Preskill states, which are essential resources for bosonic error correction, yet had previously been realized only probabilistically. Furthermore, we simulate complex many-body quantum dynamics, exemplified by the Bose-Hubbard model. Such quantum simulation tasks have long been considered beyond the reach of photonic hardware limited to linear operations. These capabilities, enabled by our extensible architecture, establish a viable route towards photonic quantum simulation and fault-tolerant quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 普遍量子コンピューティングは線形回路と決定的に強力な非線形資源の両方をサポートするアーキテクチャを必要とする。 量子フォトニクス系では、そのような非線形性をスケーラブルな線形回路に統合することは大きなボトルネックとなり、ほとんどの光学実験は非線形演算を伴わず、したがって普遍性を達成できない。 本稿では,完全プログラム可能でスケーラブルな線形光ネットワークと非線形モジュールをシームレスに結合することで,ユニバーサルゲートセットをサポートする拡張可能なフォトニックコンピュータについて報告する。 このプラットフォームは、幅広い量子コンピューティングとシミュレーションタスクを可能にする。 ボソニックな誤り訂正に不可欠な光ゴッテマン・キタエフ・プレスキル状態の準決定論的生成を実証するが、以前は確率論的にしか実現されていなかった。 さらに,Bose-Hubbardモデルで実証した複雑な多体量子力学をシミュレートする。 このような量子シミュレーションタスクは、線形演算に限定されたフォトニックハードウェアの範囲を超えて長い間検討されてきた。 拡張可能なアーキテクチャによって実現されたこれらの能力は、フォトニック量子シミュレーションとフォールトトレラント量子コンピューティングへの実行可能なルートを確立する。

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