[論文レビュー] Graph state engineering by phase modulation of the quantum optical frequency comb

Xuan Zhu, Chun-Hung Chang+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 24, 2019

Photonic and Optical Devices被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、1つの光学パラメトリックオシレータ（OPO）から発生する量子光的周波数倍配列（QOFC）の位相変調を用いて、スケーラブルな方法でグラフ状態を設計することを提案している。これにより、独立したEPR対から1次元線形クラスタ状態へ、最終的には2次元正方形格子クラスタ状態へと移行できる。この技術は、統合フォトニクスに高い適合性を示し、普遍的量子計算リソースの調整を可能にする。

ABSTRACT

The quantum optical frequency comb (QOFC) of a single optical parametric oscillator (OPO) is a scalable platform for quantum information as a generator of large size cluster states. We show that the phase modulation of the QOFCs emitted by an OPO is a powerful graph engineering technique that can increase the topological dimension of the generated cluster state, from zero (independent EPR pairs) to one (linear cluster state), and from one to two (square-lattice cluster state), thereby allowing the creation and tailoring of universal quantum computing resources. This concept is highly compatible with integrated photonics.

研究の動機と目的

• 1つのOPOを用いて大規模クラスタ状態を生成するスケーラブルな手法を開発すること。
• QOFCの位相変調を用いて、量子グラフ状態のトポロジーを制御可能にする。
• 生成されたクラスタ状態の次元性を、ゼロ（EPR対）から2（正方形格子状態）へと拡張すること。
• 普遍的量子情報処理に適した統合フォトニクス技術と整合性の高い技術を提供すること。

提案手法

• 1つの光学パラメトリックオシレータ（OPO）から発生する量子光的周波数倍配列（QOFC）に位相変調を適用する。
• 位相変調によりQOFCのもつれ構造が変化し、グラフ状態のトポロジーを制御可能になる。
• 位相変調パターンを調整することで、独立したEPR対から線形クラスタ状態へ、さらに2次元正方形格子クラスタ状態へと移行する。
• QOFCプラットフォームが有する本質的なスケーラビリティを活用して、マルチモードもつれを生成する。
• 実用的な量子情報応用に適した統合フォトニクス回路と整合性を持つように設計されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QOFCの位相変調は、次第に複雑化するトポロジカル構造を持つグラフ状態を生成・調整可能か？
• RQ2 位相変調によって生成されたクラスタ状態の次元性は、どの程度制御可能か？
• RQ3 位相変調技術はスケーラブルであり、統合フォトニクスアーキテクチャと適合可能か？
• RQ4 この手法は測定基盤量子計算の普遍的リソースを生成可能か？

主な発見

• 位相変調により、ゼロ次元（独立したEPR対）から2次元（正方形格子クラスタ状態）までのトポロジカル次元を持つクラスタ状態の工学的生成が可能である。
• この手法により、単純なもつれ対から複雑で普遍的な量子計算リソースへと系統的に移行できる。
• 1つのOPOをマルチモード量子周波数倍配列のソースとして用いるため、この技術は本質的にスケーラブルである。
• 統合フォトニクスと高い適合性を示すため、オンチップ量子技術への実用的実装が可能である。