論文の概要: Gate-based emulation of boson sampling using photonic qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.09509v1
- Date: Mon, 10 Aug 2026 12:13:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-11 19:16:37.253192
- Title: Gate-based emulation of boson sampling using photonic qubits
- Title（参考訳）: フォトニック量子ビットを用いたボソンサンプリングのゲートベースエミュレーション
- Authors: Aastha P. Zalone, S. P. Dinesh, C. M. Chandrashekar,
- Abstract要約: 線形光ネットワークにおける多光子干渉によるボソンサンプリングは、量子計算における顕著な非ユニバーサルモデルである。
量子コンピューティングプラットフォーム上でのボソンサンプリングをシミュレーションするためのスケーラブルな量子回路フレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.932899952059781
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Boson sampling arising from multiphoton interference in linear-optical networks is a prominent non-universal model for quantum computation. Here, by encoding the multi-qubit state to bosonic Fock state, we present a scalable quantum-circuit framework for simulating boson sampling on a universal quantum computing platform. Beginning with balanced beam-splitter transformations on the single- and two-photon sectors, we derive equivalent quantum-circuit implementations and unify them within a common Hilbert-space representation using an ancilla-assisted encoding. This construction is then generalized to arbitrary interferometers by replacing each optical beam splitter with a repeating quantum-circuit unit that selectively acts only within the relevant local interference subspace, requiring $N+1$ qubits for a two-photon $N$-mode interferometer and a linear-overhead subspace-identification procedure. Using this framework, gate-based quantum circuit for a four-mode boson-sampling circuit is developed and experimentally implemented on a four-qubit gate-based photonic qubit system. The qubit framework for emulating boson sampling of $n-$photons in $m-$mode will be useful to solve a broad class of sampling complexity problem on a gate-based quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 線形光ネットワークにおける多光子干渉によるボソンサンプリングは、量子計算における顕著な非ユニバーサルモデルである。
ここでは、マルチキュービット状態をボソニックフォック状態に符号化することにより、普遍量子コンピューティングプラットフォーム上でボソンサンプリングをシミュレートするためのスケーラブルな量子回路フレームワークを提案する。
単一および2光子セクター上の平衡ビームスプリッター変換から始まり、等価な量子回路の実装を導出し、アンシラ支援符号化を用いて共通のヒルベルト空間表現に統一する。
この構造は、それぞれの光ビームスプリッターを、関連する局所干渉部分空間内でのみ選択的に作用する繰り返し量子回路ユニットに置き換えることで任意の干渉計に一般化され、2光子$N$モード干渉計と線形オーバーヘッド部分空間同定手順に$N+1$ qubitsを必要とする。
この枠組みを用いて、四モードボソンサンプリング回路のためのゲートベースの量子回路を開発し、四ビットゲートベースのフォトニック量子ビットシステムで実験的に実装した。
ボソンサンプリングを$m-$modeでエミュレートするためのqubitフレームワークは、ゲートベースの量子コンピュータにおける幅広い種類のサンプリング複雑性問題を解決するのに有用である。
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