Fotoniska kvantdatorer är beräkningsverktyg som utnyttjar kvantfysiken och använder ljuspartiklar (dvs fotoner) som enheter för informationsbehandling. Dessa datorer skulle så småningom kunna överträffa konventionella kvantdatorer när det gäller hastighet, samtidigt som de sänder information över längre avstånd.
Trots sitt löfte har fotoniska kvantdatorer ännu inte nått de önskade resultaten, delvis på grund av den naturligt svaga interaktionen mellan enskilda fotoner. I en artikel publicerad i Physical Review Letters , visade forskare vid University of Science and Technology i Kina ett stort klustertillstånd som skulle kunna underlätta kvantberäkningar i ett fotoniskt system, nämligen tre-fotoner intrassling.
"Fotonisk kvantberäkning lovar på grund av dess driftsfördelar vid rumstemperatur och minimal dekoherens", sa Hui Wang, medförfattare till tidningen, till Phys.org.
"Den inneboende utmaningen ligger dock i den svaga interaktionen mellan enstaka fotoner, vilket hindrar förverkligandet av deterministiska två-qubit-grindar som är viktiga för skalbarhet. För att ta itu med denna fråga har begreppen fusion och perkolering dykt upp under de senaste två decennierna inom vårt område. "
Tidigare studier tyder på att fusion och perkolering kan vara skalbara metoder för att realisera kvantberäkning i fotoniska system utan behov av deterministiska intrasslande grindar, såsom de som krävs av supraledande qubits och fångade joner. Som en del av sin studie använde Wang och hans kollegor en strategi som innebär att sammansmälta små resurstillstånd, såsom det förebådade 3-GHZ-tillståndet de visade, till storskaliga klustertillstånd som är lämpliga för att realisera mätbaserad kvantberäkning.
"Perkolationssatsen dikterar att framgång kan uppnås om framgångssannolikheten för fusionsport överstiger en specifik tröskel", sa Wang.
"I detta ramverk involverar den initiala fasen att generera det nödvändiga resurstillståndet, där det minsta väsentliga tillståndet är Greenberger-Horne-Zeilinger-tillståndet med tre foton (3-GHZ). Två primära metoder finns för deterministisk 3-GHZ-tillståndsgenerering:( i) att använda enfotonemitter som kvantprickar, som, även om de är teoretiskt deterministiska, möter effektivitetsbegränsningar med nuvarande teknologier och (ii) nästan deterministiskt genererar intrasslade kluster på ett förkunnat sätt, vilket möjliggör omedelbar validering av framgång utan att störa måltillståndet."
Av de två metoderna som genererar ett 3-GHZ-tillstånd, verkar den nästan deterministiska genereringen av intrasslade kluster på ett förebådat sätt för närvarande vara den mest lovande. Genom att använda denna metod kunde forskarna ta detta tillstånd från en enda fotonkälla i ett fotoniskt chip.
Deras arbete är en viktig milstolpe på vägen mot att förverkliga feltoleranta fotoniska kvantberäkningar. Specifikt skulle deras ansträngningar kunna påskynda utvecklingen av storskaliga optiska kvantdatorer som förlitar sig på 3 GHz-tillstånd för att bearbeta kvantinformation.
"Vår experimentella uppställning kräver sex enstaka fotoner för injektion i en 10-läges passiv interferometer," förklarade Wang.
"Vår implementering använder en InAs/GaAs-kvantprick som enfotonkälla. Notera att detta är den toppmoderna enfotonkällan bland alla fysiska system. Den programmerbara interferometern, hämtad från Quix, visar en total effektivitet på 50 % Genom tillämpningen av en specifik enhetlig transformation manifesteras det resulterande utdatatillståndet över portarna 1-6 som ett kodat 3-GHZ-tillstånd med dubbla spår, beroende på detektering av enstaka fotoner i båda portarna och i bara en av portarna. portar."
Den första rapporten om förebådade enstaka fotoner går tillbaka till 1986, medan de första förkunnade intrasslade fotonparen realiserades 2010. Det senaste arbetet av Wang och hans medarbetare bygger på dessa tidigare framsteg och visar ett stort klustertillstånd som kan spela en nyckelroll i möjliggör feltoleranta, mätningsbaserade kvantberäkningar med fotonchips.
Noterbart är att uppsatsen publicerades ungefär samtidigt som två relaterade studier av andra team, som presenterades i Physical Review Letters och Naturfotonik , som samlade andra imponerande resultat. Sammantaget tyder denna utveckling på att vi närmar oss det effektiva förverkligandet av feltoleranta fotoniska kvantdatorer.
"Inom en överskådlig framtid är det inom räckhåll att uppnå en demonstration av en fusionsport som överträffar perkolationströskeln med åtta enkla fotoner," tillade Wang.
"Med utgångspunkt i framgången för det utropade 3-GHZ-tillståndet som presenteras i denna studie, kan flera 3-GHZ-resurstillstånd slås samman för att bilda ett mer omfattande intrasslat tillstånd. Dessutom utforskningen av storskalig intrasslad tillståndsgenerering på integrerade kvantoptiska plattformar är på gång."
Mer information: Si Chen et al, Heralded Three-Photon Entanglement from a Single-Photon Source on a Photonic Chip, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.130603. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2307.02189
Journalinformation: Naturfotonik , Fysiska granskningsbrev , arXiv
© 2024 Science X Network
