Computação quântica fotônica

Visão geral

A computação quântica fotônica usa a luz como um portador de informação quantum. Qubits podem ser codificado em caminho, polarização ou número de bin tempo e sistemas variáveis contínuamente usam quadraturas. Os fotões interagem fracamente com o ambiente e viajam facilmente através da fibra, tornando-os naturais para a rede. Mas uma mesma interação frágil torna difícil as portas determinísticas de dois qubits díficil

Fundações técnicas

Um único fóton distribuído em dois caminhos fornece um qubit de trilho duplo, enquanto as codificações do tempo e polarização usam outros modos ortogonais. Divisores de feixe e metamorfos implementam transformações lineares dos operadores da criação. Dois fótons indistinguíveis incidentes em um divisor de feixe equilibrado exibem interferência Hong-Ou - Mandel, recurso fundamental para medições do enredar. Como a ótica passiva por si só não cria uma interação determinística fotônica, as arquiteturas usam nionidades induzida pela medição e fontes de estado emaranhado multiplexadas ou estados contínuo-variáveis do cluster. Os códigos de correção do erro são projetados em torno da perda tipo apagamento e ruído operacional.

Como funciona

Fontes criam fóton único ou estados óptico-enredados, interferômetroes implementam transformações unitária e detectoras de resolução numérica convertendo resultados óptica em registros clássicos. As arquiteturas baseadas em medição primeiro preparam um grande estado de cluster enredado e então realizam medições adaptativas. Os protocolos linear-ópticos obtêm interações efetivas através de interferência, fotões auxiliares e alimentação para a frente enquanto os emissores especializados ou materiais não lineares podem fornecer operações determinísticas mais fortes.

Métodos de medição e pesquisa

As fontes caracterizam-se por brilho, eficiência de divulgação e contaminação multifotônica. Os circuitos integrados são testados com luz clássica antes da tomografia de processo quântico ou medições estabilizadoras. Detectores de nanofios supercondutores relatam eficiência, timings e resolução numérica. Os experimentos medem a transmissão total da fonte até o detetor, em vez do registro isolado dos componentes. Os circuitos grandes necessitam de bloqueio ativo da fase, eletrônicas e análises dos dados com marcação temporal que verifiquem a visibilidade das interferênciase explique para distinguir-nos.

Ideias-chave

• A indistinguibilidade no espectro, tempo de chegada e polarização é essencial para a interferência quântica da alta visibilidade.
• A perda de fotões é um erro que deve ser detectado e corrigido em vez do tratamento como atenuação normal.
• A escalabilidade depende de fontes, comutação e estabilidade interferométrica.

Fronteira actual da investigação

A fronteira combina emissores quânticos determinísticos, silício de baixa perda ou compostos-semicondutor fotônicos ?onicas e interruptoras rápida E controle criógeno. Os esquemas baseados em fusão constroem estados de grande recursos a partir dos componentes menores enredados e toleram operações probabilísticas falhadas através da estrutura do estado gráfico. Dispositivos de amostragem do bosão sondam distribuições especializadas, enquanto os roteiroes tolerantes a falhas visam portões lógico-universais. As perguntas abertas incluem o código de perda mais eficiente em termos dos recursos, acoplamento manufacturável entre materiais diferentes e se os sistemas fotônicos ponta a extremidade podem manter uniformidade da fonte ou desempenho avançado através do fluxo-fontes ao longo das milhões.

Por que importa

As plataformas ópticas podem operar à temperatura ambiente em partes do sistema e conectar processadores sobre a infraestrutura de comunicações existente. Eles suportam redes quânticas, comunicações seguras e experimentos de amostragem.

Limites e questões em aberto

Geração probabilística, perda de acoplamentos e ineficiência do detector. Máquinas corrigidas por erros requerem grandes recursos enredados e alimentação rápida. As alegações de vantagem dependem da definição clara das tarefas e dos valores-base clássicos, enquanto os sistemas práticos devem também integrar detectores criogénicos; a mudança para baixas perdas ou fotônicos manufacturados.