Фотонные квантовые вычисления

Обзор

Фотонные квантовые вычисления используют свет как носитель информации. Кубиты могут быть закодированы в пути, поляризации или числа фотонов во времени и непрерывно-вариабельных системах с использованием квадратур поля. Фотоны слабо взаимодействуют с окружающей средой и легко перемещаются по волокну, что делает их естественными для сетей. но такое же слабое взаимодействие затрудняет детерминированные двухкубитные врата

Технические основы

Один фотон, распределенный по двум путям обеспечивает двухрельсовый кубит . в то время как кодирование времени-бина и поляризаций использует другие режимы работы с оортогонами Сплиттеры луча и фазовые сдвигающие устройства реализуютлинейное преобразование операторов создания. Два неразличимых фотона, падающие на сбалансированный лучевой сплиттер демонстрируют помехи Хон-У Манделя — фундаментального ресурса для запутанности измерений. Поскольку пассивная оптика сама по себе не создает детерминированного фотонно-фотонного взаимодействия, архитектуры используют индуцированные измерениями внелинейности или мультиплексные источники запутанных состояний. Коды, исправляющие ошибки разработаны вокруг потери фотонов и рабочего шума.

Как это работает

Источники создают одиночные фотоны или запутанные оптические состояния, интерферометры осуществляют унитарные преобразования и детекторов с числом разрешения преобразуют оптическую результативность в классический регистр. Архитектура, основанная на измерениях сначала подготавливает большое запутанное состояние кластера и затем выполняет адаптивные замеры. Линейно-оптические протоколы получают эффективные взаимодействия через интерференцию, вспомогательные фотоны и потоки вперед в то время как специализированные излучатели или нелинейные материалы могут обеспечить более сильные детерминированные операции.

Методы измерения и исследования

Источники характеризуются яркостью, эффективностью гербовки и многофотонным загрязнением при повторных выбросах. Интегральные схемы тестируются с помощью классического света перед квантовой томографией процесса или измерениями стабилизатора. Сверхпроводящие нанопроволочные детекторы сообщают об эффективности, джиттере времени и разрешении чисел. Эксперименты измеряют общую передачу от источника через упаковку к детектору, а не приводят отдельные записи компонентов. Большие схемы нуждаются в активной фазовой блокировке, электронике с низкой задержками и анализу данных по времени маркировки для проверки видимости интерференций.

Ключевые идеи

• Неразличимость в спектре, время прибытия и поляризация необходимы для квантовой интерференции с высокой видимостью.
• Потеря фотона — это ошибка, которую необходимо обнаружить и исправить вместо того чтобы рассматривать как обычное затухание.
• Масштабируемость зависит от источников, коммутации и интерферометрической стабильности в качестве единой интегрированной системы.

Современные исследовательские границы

Граница сочетает в себе детерминированные квантовые излучатели, низкопотери кремния или фотонику полупроводниковых соединений . быстрая переключатель и криогенный контроль Схемы на основе синтеза строят большие состояния ресурсов из более мелких запутанных компонентов и допускают неудачные вероятностных операций через структуру граф-состояния. Устройства для отбора проб бозона исследуют специализированные распределения, в то время как отказоустойчивые дорожных карт нацелены на универсальные логических ворота. Открытые вопросы включают в себя наиболее ресурсоэффективный код потерь, технологическую связь между несходными материалами и возможность сквозных фотонных систем поддерживать однородность источников питания.

Почему это важно

Оптические платформы могут работать при комнатной температуре в частях системы и соединять процессоры по существующей коммуникационной инфраструктуры. Они поддерживают квантовые сети, безопасные коммуникации и эксперименты по выборке с потенциально отказоустойчивыми выкладками в архитектурах для потери фотонов.

Пределы и открытыые вопросы

Вероятностная генерация, потеря связи и неэффективность детектора быстро растут по мере роста цепей. Машины, исправляемые по ошибке требуют больших запутанных ресурсов и быстрого продвижения вперед. Претензии на преимущество зависят от четко определенной задачи и классического базовой линии, в то время как практические системы должны также интегрировать криогенные детекторы.