A. Оптические квантовые вычисления

1

B. Основы

2

II. Фотонная технология

2

A. Обнаружение фотона

2

B. Генерация фотона

3

C. Детерминированная генерация фотона

5

D. Манипулирование фотоном

6

Интегрированная квантовая фотоника

6

III. Квантовые вычисления

8

A. Промежуточные квантовые вычисления

8

B. Вычисления на основе кластерных состояний

10

IV. Сетевые квантовые процессоры

11

V. Заключение

11

Я.

ВВЕДЕНИЕ

Есть

Оптические квантовые вычисления

С изобретением концепции квантовых вычислений (КК)
разработка подходящей оптической квантовой
технологии стала как интересным подходом к
проблеме, так и необходимостью.

С одной стороны,
преимущества использования фотонов в качестве носителей информации кажутся
очевидными: фотоны являются чистыми и свободными от декогеренции
квантовыми системами, для которых могут быть использованы однокубитные операции.

Один)

Электронная почта:

[email protected]

Легко выполняется с невероятно высокой точностью

1

С
другой стороны, квантовая обработка информации с помощью фотонов
как “летающих кубитов” необходима для
решения задач квантовой информатики, основанных на коммуникации, таких как создание сетей
квантовых компьютеров и обеспечение возможности распределенной обработки.

С точки зрения традиционных критериев ДиВинченцо

Квантовый компьютер

2

, пять из семи по существу являются

Удовлетворен выбором фотонов.

Остальные критерии
труднее удовлетворить, потому что фотоны не так легко
взаимодействуют, что делает детерминированные двухкубитные вентили сложной задачей.
К числу дополнительных технических соображений относятся
потери фотонов, которые возникают из-за несовершенных в настоящее время методов обнаружения и
генерации фотонов, а также из-за рассеяния и
поглощения в оптических компонентах, входящих в состав
вычислительных схем. И хотя фотоны всегда летают,
вычислительные и сетевые задачи могут потребовать их
задержки или хранения, поэтому иногда может потребоваться дополнительное устройство—оптическая квантовая
память. Обращаясь к каждому из них
реализация этих соображений требует дополнительных ресурсов,
создавая условно большие накладные расходы на оптический контроль качества, что
иногда приводило к негативному восприятию фотонного
подхода.

Конечно, ведутся интенсивные исследования в области
разработки детерминированных оптических (но опосредованных материей)
квантовых элементов

3

–

5

, что может привести фотонные квантовые
вычисления в новое направление. Между тем, идея
линейных оптических квантовых вычислений (LOQC), которая опирается
на простые, но вероятностные квантовые операции, имеет
все большие перспективы, поскольку она продолжает развиваться в течение
последних 20 лет. Более ранняя история этой области освещена в
предыдущих обзорах

6

–

9

которые регулярно появляются в
литературе. Здесь мы не приводим типичного обзора, то
есть не представляем исчерпывающей инкапсуляции
всех достижений в этой области за последнее десятилетие.
Вместо этого мы концентрируемся на нескольких технологических,
экспериментальных и теоретических достижениях, которые, по нашему мнению, играют ключевую
роль на пути к универсальному квантовому компьютеру

arXiv:1907.06331v2 [quant-ph] 11 декабря 2019

2

работа с отдельными фотонами и линейные операции.
С технологической стороны мы рассматриваем инструменты обнаружения и
генерации фотонов, а также интегрированную волноводную технологию—
и некоторые новые промежуточные
демонстрации квантовых вычислений, которые они позволяют. С концептуальной точки зрения мы
обсудим несколько многообещающих путей создания реалистичного
универсального линейного оптического квантового компьютера. Мы
сосредоточимся на фотонике

10

квантовые вычисления (PQC), которые
опираются на кубиты, закодированные в дискретных переменных, отмечая,
однако, что квантовые вычисления с непрерывными переменными
теперь стали важной частью LOQC

11

–

14

Но
перед этим мы начнем с краткого обновления основных
концептуальных элементов и истории PQC.

Б.

Основы

Кубит можно закодировать как амплитуды вероятности
, соответствующие занятию фотоном двух мод
некоторой степени свободы оптического поля. Этот метод
известен как двухрельсовое кодирование. Наиболее часто
используемыми модовыми парами являются ортогональные поляризации или
неперекрывающиеся пути распространения, но в последнее время другие
степени свободы, такие как поперечная пространственная

15

–

17

, fre-

Режим quency

18

–

21

, временная ячейка-

22

–

25

И временная

Режим-

23

,

26

–

29