論文の概要: Recirculating Quantum Photonic Networks for Fast Deterministic Quantum Information Processing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.11033v1
- Date: Wed, 11 Feb 2026 17:01:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-12 21:44:02.217648
- Title: Recirculating Quantum Photonic Networks for Fast Deterministic Quantum Information Processing
- Title（参考訳）: 高速決定論的量子情報処理のための循環量子フォトニックネットワーク
- Authors: Emil Grovn, Matias Bundgaard-Nielsen, Jesper Mørk, Dirk Englund, Mikkel Heuck,
- Abstract要約: 本稿では、量子情報処理タスクの持続時間を最小限に抑えるために、再循環型量子フォトニックネットワーク(RQPN)を提案する。
RQPNは、全接続された非線形キャビティのネットワークと、動的に制御された導波路結合から構成される。
そこで本研究では,全ての量子ビットを同時に処理することで,三量子トフォリゲートの1および2量子ビット分解よりも高速な演算が得られることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A fundamental challenge in photonics-based deterministic quantum information processing is to realize key transformations on time scales shorter than those of detrimental decoherence and loss mechanisms. This challenge has been addressed through device-focused approaches that aim to increase nonlinear interactions relative to decoherence rates. In this work, we adopt a complementary architecture-focused approach by proposing a recirculating quantum photonic network (RQPN) that minimizes the duration of quantum information processing tasks, thereby reducing the requirements on nonlinear interaction rates. The RQPN consists of a network of all-to-all connected nonlinear cavities with dynamically controlled waveguide couplings, and it processes information by capturing a photonic input state, recirculating photons between the cavities, and releasing a photonic output state. We demonstrate the RQPN's architectural advantage through two examples: first, we show that processing all qubits simultaneously yields faster operations than single- and two-qubit decompositions of the three-qubit Toffoli gate. Second, we demonstrate implementations of a measurement-free correction for single-photon loss, achieving up to seven-fold speedups and significantly improved hardware efficiency relative to state-of-the-art architecture proposals. Our work shows that a single hardware-efficient recirculating architecture substantially reduces the temporal overhead of multi-qubit gates and quantum error correction, thereby lowering the barrier to experimental realizations of deterministic photonic quantum information processing.
- Abstract（参考訳）: フォトニクスに基づく決定論的量子情報処理における基本的な課題は、デトリメンタルデコヒーレンスやロス機構よりも短い時間スケールでのキー変換を実現することである。
この課題は、デコヒーレンス率に対する非線形相互作用の増加を目的としたデバイス中心のアプローチによって解決されてきた。
本研究では, 量子情報処理タスクの持続時間を最小限に抑え, 非線形相互作用速度の要求を低減できる, 循環型量子フォトニックネットワーク(RQPN)を提案する。
RQPNは、全接続された非線形キャビティのネットワークと、動的に制御された導波路結合とから構成され、フォトニック入力状態を捕捉し、キャビティ間で光子を循環させ、フォトニック出力状態を放出することで情報を処理する。
まず、全ての量子ビットを同時に処理することで、3量子ビットトフォリゲートの1および2量子ビット分解よりも高速な演算が得られることを示す。
第2に, 単一光子損失に対する測定不要補正の実装, 最大7倍の高速化, 最先端アーキテクチャの提案に対するハードウェア効率の大幅な向上を実証する。
本研究は,複数ビットゲートの時間的オーバーヘッドと量子誤差補正を大幅に低減し,決定論的フォトニック量子情報処理の実験的実現への障壁を小さくすることを示す。
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