論文の概要: On-chip generation of multi-qubit graph states with high-dimensional encoded single photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.03012v1
• Date: Tue, 04 Aug 2026 01:49:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-05 15:30:22.991424
• Title: On-chip generation of multi-qubit graph states with high-dimensional encoded single photons
• Title（参考訳）: 高次元符号化単一光子を用いたマルチキュービットグラフ状態のオンチップ生成
• Abstract要約: フォトニックマルチキュービットの絡み合いは、光量子情報処理、特に普遍量子コンピューティングの鍵となる。 本稿では,目的とするマルチキュービット量子状態を実現するための,明示的で資源効率の高い高次元符号化手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.726101130718763
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Photonic multi-qubit entanglement is key to optical quantum information processing, particularly universal quantum computing. Yet multi-photon sources suffer from low emission efficiency, making single-photon high-dimensional encoding an appealing alternative. Here we propose an explicit and resource-efficient high-dimensional encoding approach to achieve the target multi-qubit quantum state. The technically challenging preparation of multi-photon quantum states is replaced by single-photon operations involving high-dimensional expansion, routing, and multi-layered quantum measurement. Besides, each photon in the resource multi-photon quantum state can be used to encode multiple qubits in a distributed manner, and a larger entangled state will be constructed. We demonstrate this approach using programmable photonic integrated circuits, where multi-qubit graph states--including the Greenberger-Horne-Zeilinger state and the cluster state--are generated and characterized. We additionally demonstrate the Grover search algorithm using the single-photon cluster state. Our findings unlock a novel route towards diverse entangled state generation with photons and advance large-scale and universal photonic quantum information processing.
• Abstract（参考訳）: フォトニックマルチキュービットの絡み合いは、光量子情報処理、特に普遍量子コンピューティングの鍵となる。 しかし、多光子源は発光効率が低いため、単光子高次元の符号化は魅力的な方法である。 本稿では,目的とするマルチキュービット量子状態を実現するための,明示的で資源効率の高い高次元符号化手法を提案する。 技術的に困難な多光子量子状態の準備は、高次元展開、ルーティング、多層量子測定を含む単一光子演算に置き換えられる。 さらに、リソース多光子量子状態の各光子は、分散的に複数の量子ビットを符号化するために利用することができ、より大きな絡み合った状態を構築することができる。 本稿では,グリーンバーガー・ホルン・ザイリンガー状態とクラスタ状態を含むマルチキュービットグラフ状態の生成と特徴付けを行う,プログラマブルフォトニック集積回路を用いて,このアプローチを実証する。 さらに,単一光子クラスタ状態を用いたGrover探索アルゴリズムの実証を行った。 我々の発見は、光子による多様な絡み合った状態生成への新たな道を開き、大規模で普遍的なフォトニック量子情報処理を推進している。

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