[論文レビュー] Efficient linear optical quantum computation

Dan E. Browne, Terry Rudolph|arXiv (Cornell University)|May 26, 2004

Quantum Information and Cryptography被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、線形光学を用いて最大にエンタングルされた光子対からクラスタ状態を生成することで、偏光ビームスプリッターと光子カウンターを主に用いた、非常に効率的な線形光的量子計算スキームを提案する。この方法は、従来の手法と比較して資源効率を著しく向上させたスケーラブルで測定に基づく量子計算を実現する。

ABSTRACT

We introduce a new scheme for linear optics quantum computation, with a much greater degree of efficiency and a simpler implementation than previous proposals. We follow the "cluster state" measurement based quantum computational approach, and show how cluster states may be efficiently generated from pairs of maximally polarization entangled photons using linear optical elements, most importantly polarizing beam splitters and photon counters.

研究の動機と目的

• 過剰なリソースと複雑なセットアップを必要としていた従来の線形光的量子計算スキームの非効率性を解消すること。
• 線形光学素子と標準的な光検出器のみを用いて、クラスタ状態をより単純かつスケーラブルに生成する方法を開発すること。
• エンタングルされた光子対から高精度のクラスタ状態を効率的に生成することで、実用的で測定に基づく量子計算を可能にすること。
• 偏光ビームスプリッターと光子カウンターを活用することで、線形光的量子計算におけるリソースオーバーヘッドを低減すること。

提案手法

• 本スキームは、クラスタ状態生成のためのリソース状態として、最大に偏光エンタングルされた光子対を用いる。
• 特に偏光ビームスプリッターを含む線形光学素子を用いて、光子を操作・エンタングルし、クラスタ状態へと変換する。
• 光子カウンターは特定の測定結果を検出し、後選択による投影により、システムを所望のクラスタ状態へと状態遷移させる。
• 本方法は測定に基づく量子計算に依存しており、量子ゲートはクラスタ状態上の適応的測定によって実装される。
• 非線形相互作用を必要とせず、線形光学とフィードフォワード制御のみを用いることで、アーキテクチャを簡素化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エンタングルされた光子対から、線形光学素子のみを用いてクラスタ状態を効率的に生成できるか？
• RQ2 線形光的量子計算におけるリソース効率を著しく向上させることは可能か？
• RQ3 偏光ビームスプリッターと光子カウンターは、スケーラブルなクラスタ状態準備にどのような役割を果たすか？
• RQ4 最小限の非線形リソースで測定に基づく量子計算を実現できるか？

主な発見

• 本スキームは、線形光学素子と標準的な光検出器のみを用いて、クラスタ状態の効率的生成を可能にする。
• 偏光ビームスプリッターと光子カウンターがあれば、非線形光学を必要とせず、高精度のクラスタ状態を生成できる。
• 従来の提案と比較して、リソースオーバーヘッドが顕著に低減される。
• 実用的な実装を念頭に置き、スケーラブルで測定に基づく量子計算を支援する。