Вы привлекаете к себе внимание.

Онэквитные операции—то есть смещение однофотонной
заселенности между двумя модами, составляющими двухрельсовый
кубит, и применение фазовых сдвигов между ними-
легко и надежно реализуются с помощью интерферометрии
в степени свободы выбора. Большое преимущество
оптических квантовых вычислений заключается в том, что они не должны
ограничиваться кубитами: многие из перечисленных степеней свободы
обеспечивают естественный способ кодирования многоуровневых кудитов.
Более того, несколько степеней свободы одного и того же
фотона могут использоваться одновременно

30

–

34

(Как мы обсудим
позже, эти инструменты обеспечивают естественное преимущество для оптики,
позволяя создавать более простые логические схемы даже при работе
с кубитами в качестве основных логических элементов.) Способ
реализации произвольного n-мерного унитарного преобразования
в модовом пространстве с помощью линейной оптики был описан
Рекком и др.

35

Довольно давно, с недавним im-

Доказательства

36

И расширения

37

В принципе,
схемы типа Reck могли бы выполнять универсальную обработку с одним
фотоном во многих режимах, используемых для представления нескольких кубитов.
К сожалению, это кодирование приводит к экспоненциальному
масштабированию числа оптических компонентов и, следовательно, не может
быть использовано для построения масштабируемого квантового компьютера. Таким образом
, использование множества одиночных фотонов необходимо для схем с
двухкубитными затворами и за их пределами.

Поэтому естественно реализовать один кубит на фотон
с кодированием по двум рельсам. Операции с двумя кубитами требуют
возможности применения поворота фазового сдвига π на одном из
кубитов в зависимости от состояния оставшегося кубита

38

.
Их сложнее реализовать, чем
операции с одним кубитом, поскольку это нелинейно-оптическое взаимодействие, и
такие оптические нелинейности на уровне одного фотона
чрезвычайно слабы. Альтернативой является имитация нелинейного оп-

эрации с линейной оптикой и измерением, приводящие к
вероятностному затвору, который обеспечивает правильную работу
после соответствующего постселектора или с
дополнительным сигналом оповещения.

Исторически обсуждалось и исследовалось множество подходов к эффективным
оптическим квантовым вычислениям,
например Ref. [

39

] и ссылки в нем. Однако
поле LOQC взлетело с предложением Knill,
Laflamme и Milburn (KLM)

40

, который изобрел масштабируемую
фотонную схему, которая требовала компонентов линейной оптики,
обнаружения одного фотона и классической подачи вперед только
(читатель может наслаждаться чтением Ref. [

41

] для понимания-

sive lecture notes and Ref. [

7

] для исторического обзора
KLM). Схема KLM по существу работает, используя
неклассическую интерференцию для генерации фазового сдвига, который
является нелинейным по отношению к числу фотонов, обусловленным
появлением фотонов в определенных режимах предвещания. Эти
операции затем встроены в недетерминированные логические
элементы. Ворота используются в режиме повторения до успеха,
и работа успешных ворот телепортируется на
логические кубиты. Использование большого количества
сцепленных шагов и большого количества вспомогательных фотонов приводит к
существенно детерминированным воротам.

В КЛМ схема
теоретически допускается ресурса-эффективное выполнение
двух или нескольких кубитов ворот— в отличие от кодирования одного
фотона во многих режимах масштабирования ресурсов не
экспоненциально зависит от числа кубитов, а скорее линейной.
Таким образом, авиакомпания KLM система представляет собой путь, чтобы создать
универсальный квантовый компьютер, хотя и с большим
издержки ancilla кубиты (и связанных с ними схем) в
интернет с использованием недетерминированные два кубита ворота.
С появлением жизнеспособного теоретического подхода
фотонные квантовые вычисления стали предметом расширенного-
сивная теоретическая и экспериментальная разработка. Помимо
поиска подходов, снижающих накладные расходы из-за
недетерминизма, практическая реализация этой схемы также требует
высококачественных технологических компонентов для изготовления,
манипулирования и измерения

42

фотонные кубиты. Сначала мы обратим наше
внимание на эти технологические соображения.

II.

ФОТОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Есть

Обнаружение фотона

Жизнь фотона в квантовом эксперименте начинается с
его генерации и заканчивается обнаружением. Оба
процесса должны быть эффективными, и их производительность и
свойства играют существенную роль в PQC. В этом разделе мы
начнем с конца—с рассмотрения
обнаружения одиночных фотонов

43

ТЕХНОЛОГИЯ.

Идеальный фотонный детектор (ПД) щелкает каждый раз
, когда фотон попадает в него, и немедленно возобновляет свою работу. Он
не дает ложноположительных сигналов, когда не
было обнаружено реальных фотонов (так называемые “темные отсчеты”), а также
точно сообщает, сколько фотонов было обнаружено в том же
пространственно-временном режиме. Таких идеальных фотонных детекторов еще
не существует. Существующие ПД соответственно характеризуются-

3

теризуется эффективностью обнаружения η

д

, время сброса τ

Р

(это устанавливает

максимальная скорость обнаружения), время обнаружения джиттера τ

j

,

Скорость темного отсчета C

д

, и возможности разрешения фотонных чисел (PRN)
. В то время как идеальный PD на самом деле не требуется
для PQC

44

, улучшая производительность PD до очень высокой