Многие другие коммуникационные протоколы для совместного использования высоких-

Качественная запутанность в средах с потерями (т. е.

для
реализации квантовых ретрансляторов) основаны на
обмене запутанностью

350

. Последние достижения используют
обмен запутанностью для совместного использования запутанности с
закрытой лазейкой обнаружения, даже по каналам с высокими потерями

337

,

351

.
Другие потенциальные инструменты включают квантовые недемолитонные
измерения числа фотонов

352

,

353

И, конечно же,

разнообразие протоколов исправления ошибок (например, Ref. [

354

В конечном счете, сети, основанные на запутывании, вероятно, также
потребуют локальной обработки (т. Е. Небольших квантовых компьютеров)
Для дистилляции запутывания и квантовой памяти для
синхронизации операций.

В.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наш краткий обзор лишь кратко коснулся других
элементов PQC, включая исправление ошибок в фотонных
схемах

355

, оптические квантовые воспоминания, алгоритмы
и протоколы. Существует также широкий спектр связанных
с этим исследований, которые выходят за рамки нашего непосредственного охвата, включая

12

другие кодировки кубита или кудита—например, однорельсовые

6

,

356

,

Состояние паритета

6

,

357

, непрерывно-переменная

13

,

358

–

360

, и hy-

Брид

207

,

361

—а также другие технологии источников и детекторов
. Некоторые из этих методов также перспективны с точки
зрения использования ресурсов и масштабируемости. Вместо этого мы
рассмотрели технологии и методы, которые являются основным
направлением экспериментального развития фотонной
(Fockstate) квантовой обработки информации в среднесрочной
перспективе и обеспечивают прочную основу для разработки
крупномасштабных устройств.

Есть значительные перспективы на долгосрочную перспективу.

Улучшения в схемах кластерного состояния, разработанных специально
для фотоники, обеспечивают снижение
накладных расходов (от недетерминизма) и порогов ошибок-
особенно для потерь.

В совокупности
источники, детекторы и вентили исключительного качества, а также крупномасштабные
интегрированные платформы обеспечивают аппаратные достижения
, необходимые для создания процессоров, состоящих из очень многих
элементов. Промежуточные задачи, такие как дискретизация бозонов, обеспечивают
путь к демонстрации истинного
преимущества квантовых вычислений раньше, чем позже. И фотоника продолжает
оставаться доминирующей платформой для соединения процессоров
, разделенных расстоянием, и для совместного использования удаленных запутываний
в целом.

Остаются и другие потенциально трансформационные
технологии фотонной обработки. Мы лишь
вкратце коснулись нелинейных взаимодействий на однофотонном
уровне-опосредованных, например, атомами. Такие схемы,
применяемые в масштабе, могли бы значительно сократить накладные
расходы на подходы “линейного плюс измерения”. Однако
для того, чтобы извлечь выгоду из их перспектив, по-прежнему требуются значительные исследования и разработки
. В то же время, или, возможно
, вместо них, конвергенция технологических
характеристик и теоретических требований в фотонной линейной
оптике указывает на светлое будущее для
обработки фотонов.
Признание.

Эта работа была проведена
Центром передового опыта ARC в области квантовых
вычислений и коммуникационных технологий в рамках гранта
CE170100012.

1

Н. Питерс, Дж. Альтепетер, Э. Джеффри, Д. Браннинг и П. Квиат,
“Точное создание, характеристика и манипулирование одиночными
оптическими кубитами,”

Квантовый Инф. Вычисл.

3

, 503 (2003)

.

2

Д. П. ДиВинченцо, “Физическая реализация квантовых
вычислений,”

Fortschr. Физ.

48

, 771–783 (2000)

.

3

T. G. Tiecke, J. D. Thompson, N. P. de Leon, L. R. Liu,
V. Вулети

С, и М. Д. Лукин, “Нанофотонная квантовая фаза

переключатель с одним атомом,”

Природа

508

, 241 (2014)

.

4

Д. Тиаркс, С. Шмидт, Г. Ремпе и С. Д.

урр, “Оптическая π-фаза

сдвиг,созданный однофотонным импульсом,”

Sci. Adv.

2

, e1600036

(2016)

.

5

Н. К. Лэнгфорд, С. Рамелоу, Р. Преведель, У. Дж. Манро, Г. Дж
. Милберн и А. Цейлингер, “Эффективные квантовые вычисления с использованием
когерентного преобразования фотонов,”

Природа

478

, 360 (2011)

.

6

T. Ральф и Г. Прайд, “Оптические квантовые вычисления,”

Прог.

Выбирать.

54

, 209–269 (2009)

.

7

Манро, К. Немото, Т. С. Ральф, Дж. П. Доулинг
и Г. J. Милберн, “Линейные оптические квантовые вычисления с
фотонными кубитами,”

Преподобный Мод. Физ.

79

, 135–174 (2007)

.

8

J. L. О'Брайен, А. Фурусава и Дж.

Ckovi

C, “ Фотонныйкван -

tum technologies,”

Натуральный. Фотон.

3

, 687–695 (2009)

.

9

Т. Д. Лэдд, Ф. Елезко, Р. Лафламм, Ю. Накамура, К.
Монро и Дж. Л. О'Брайен, “Квантовые компьютеры,”

Природа

464

, 45

(2010)

.

10

В этой статье мы используем термин "фотонный" для обозначения схем
с подсчитанными фотонами, то есть схем с дискретными переменными, таких как схемы
с кубит-фотоном или кудит-фотоном.

11

С. Ллойд и С. Л. Браунштейн, “Квантовые вычисления над
непрерывными переменными,”

Физ. преподобный Летт.

82

, 1784–1787 (1999)

.

12

С. Л. Браунштейн и П. ван Лоок, “Квантовая информация с
непрерывными переменными,”

ПреподобныйМод. Физ.

77

, 513–577 (2005)

.

13

N. C. Menicucci, P. van Looc, M. Gu, C. Weedbrook, T. C.
Ralph и M. A. Nielsen, “Universal quantum computation
with continuous-variable cluster states,”

Физ. преподобный Летт.

97

,

110501 (2006)

.

14

Ф. Лензини, Дж. Янушек, О. Теарле, М. Вилла, Б. Хейлок,
С. Кастуре, Л. Цуй, Х.-П. Фан, Д. В. Дао, Х. Йонезава, П. К.
Лам, Э. Х. Хантингтон и М. Лобино, “Интегрированная фотонная
платформа для квантовой информации с непрерывными переменными,”

Sci. Adv.

4

, eaat9331 (2018)

.

15

А. С. Дада, Дж. Лич, Г. С. Буллер, М. J. Пэджетт и Э.
Андерссон, “Экспериментальная многомерная двухфотонная
запутанность и нарушения обобщенных неравенств Белла,”

Натуральный. Phys.

7

, 677 (2011)

.

16

В. Д'Амброзио, Э. Нагали, К. Х. Монкен, С. Слуссаренко,
Л. Марруччи и Ф. Скаррино, “Детерминированный кубитовый перенос
между орбитальным и спиновым угловым моментом одиночных фотонов,”

Опт. Латук.

37

, 172–174 (2012)

.

17

М. Эрхард, Р. Фиклер, М. Кренн и А. Цайлингер, “Скрученные
фотоны: новые квантовые перспективы в высоких измерениях,”

Свет

Sci.

7

, 17146 (2018)

.

18

J. Roslund, R. M. de Arajo, S. Jiang, C. Fabre и N. Treps,
“Квантовые сети с мультиплексированной длиной волны со сверхбыстрыми
частотными гребнями,”

Натуральный. Фотон.

8

, 109 (2013)

.

19

Y. Cai, J. Roslund, G. Ferrini, F. Arzani, X. Xu, C. Fabre
и N. Treps, “Многомодовая запутанность в реконфигурируемых графовых
состояниях с использованием оптических частотных гребенок,”

Натуральный. Commun.

8

, 15645

(2017)

.

20

М. Куэс, К. Реймер, П. Розтоцкий, Л. Р. Кортс, С. Скиара, Б.
Ветцель, Ю. Чжан, А. Чино, С. Т. Чу, Б. Э. Литтл, Д. Дж. Мосс,
Л. Каспани, Дж. Азаа и Р. Морандотти, “Генерация на кристалле
многомерных запутанных квантовых состояний и их
когерентное управление,”

Природа

546

, 622 (2017)

.

21

J. M. Lukens и P. Lougovski, “Частотно-кодированные фотонные
кубиты для масштабируемой квантовой обработки информации,”

Оптика

4

,

8–16 (2017)

.

22

J. Brendel, N. Gisin, W. Tittel и H. Zbinden, “Pulsed
energytime entangled twin-photon source for quantum
communication,”

Физ. преподобный Летт.

82

, 2594–2597 (1999)

.

23

П. С. Хамфриз, Б. Дж. Меткалф, Дж. Б. Спринг, М. Мур,
Х. М. Джин, М. Барбьери, У. С. Колтхаммер и И. А. Уолмсли,
“Линейные оптические квантовые вычисления в едином пространственном режиме,”

Физ. преподобный Летт.

111

, 150501 (2013)

.

24

Х. Джаякумар, А. Предоеви

c, T. Kauten, T. Huber, G. S.
Solomon и G. Weihs, “Time-bin запутанные фотоны из
квантовой точки,”

Натуральный. Commun.

5

, 4251 (2014)

.

25

F. Samara, A. Martin, C. Autebert, M. Karpov, T. J.
Kippenberg, H. Zbinden и R. Thew, “Высокоскоростные фотонные пары
и последовательная временная запутанность с микрорезонаторами si3n4
,”

Опт. Экспресс

27

, 19309–19318 (2019)

.

26

D. Kielpinski, J. F. Corney и H. M. Wiseman, “Quantum
optical waveform conversion,”

Физ. преподобный Летт.

106

, 130501

(2011)

.

27

Б. Брехт, Д. В. Редди, К. Зильберхорн и М. Г. Раймер,
“Фотонные временные моды: полная структура квантовой
информатики,”

Phys. Rev. X

5

, 041017 (2015)

.

28

В. Аверченко, Д. Сыч, Г. Шунк, У. Фогль, К. Марквардт
и Г. Лейхс, “Временное формирование одиночных фотонов, обусловленное
запутанностью,”

Phys. Rev. A

96

, 043822 (2017)

.

29

V. Ansari, E. Roccia, M. Santandrea, M. Doostdar, C. Eigner,
L. Падберг, И. Джанани, М. Сброша, Дж. М. Донохью, Л. Ман-

13

cino, M. Barbieri и C. Silberhorn, “Предвещали генерацию
сверхкоротких одиночных фотонов высокой чистоты в программируемых временных
формах,”

Опт. Экспресс

26

, 2764–2774 (2018)

.

30

У.-Б.

Гао,

С.-Ю.

Лютеций,

X.-C.

Яо,

P.

Сюй,

O.

Г

эхне,
А. Гебель, Y.-A. Чен, C.-Z. Пэн, Z.-B. Чен и Дж.-W.
Пан, “Экспериментальная демонстрация гиперпутанного тенквита
Шр

состояние кошки одингера,”

Натуральный. Физ.

6

, 331–335 (2010)

.

31

T. M. Graham, H. J. Bernstein, T.-C. Wei, M. Junge и
P. G. Kwiat, “Сверхплотная телепортация с использованием гиперспутанных
фотонов,”

Натуральный. Commun.

6

, 7185 (2015)

.

32

X.-L. Wang, X.-D. Cai, Z.-E. Su, M.-C. Chen, D. Wu, L. Li,
N.-L. Liu, C.-Y. Lu и J.-W. Pan, “Квантовая телепортация
нескольких степеней свободы одного фотона,”

Природа

518

,

516 (2015)

.

33

М. Малик, М. Эрхард, М. Хубер, М. Кренн, Р. Фиклер и
А. Цейлингер, “Многофотонная запутанность в больших измерениях,”

Натуральный. Фотон.

10

, 248 (2016)

.

34

X.-L. Wang, Y.-H. Luo, H.-L. Huang, M.-C. Chen, Z.-E. Su,
C. Лю, К. Чэнь, У. Ли, Й.-К. Fang, X. Jiang, J. Zhang, L. Li,
N.-L. Liu, C.-Y. Lu и J.-W. Pan, “18-кубитная запутанность
с тремя степенями свободы шести фотонов,”

Физ.-мат.

120

, 260502 (2018)

.

35

М. Рек, А. Цейлингер, Х. Дж. Бернштейн и П. Бертани,
“Экспериментальная реализация любого дискретного унитарного оператора,”

Физ.-мат.

Lett.

73

, 58–61 (1994)

.

36

У. Р. Клементс, П. С. Хамфриз, Б. Дж. Меткалф, У. С.
Колтхаммер и И. А. Уолмсли, “Оптимальная конструкция универсальных
многопортовых интерферометров,”

Оптика

3

, 1460–1465 (2016)

.

37

N. Tischler, C. Rockstuhl, and K. Слоуик, “Квантово-оптическая
реализация произвольных линейных преобразований с учетом потерь
и выигрышей,”

Phys. Rev. X

8

, 021017 (2018)

.

38

Г. Дж. Милберн, “Квантово-оптические врата Фредкина,”

Физ. преподобный Летт.

62

, 2124–2127 (1989)

.

39

Д. Готтесман и И. Л. Чжуан, “Демонстрируя жизнеспособность
универсальных квантовых вычислений с использованием телепортации и
однокубитных операций,”

Природа

402

, 390 (1999)

.

40

Э. Книлл, Р. Лафламм и Г. Дж. Милберн, “Схема
эффективного квантового вычисления с линейной оптикой,”

Природа

409

, 46

(2001)

.

41

К. Р. Майерс и Р. Лафламм, “Квантовые
вычисления линейной оптики: обзор,”

ArXiv:quant-ph/0512104 (2004)

.

42

Х. М. Уайзман и Г. Дж.Милберн, Квантовое измерение и
управление (Cambridge Univ. Пресса, 2009).

43