[論文レビュー] Photonic Quantum Computation with Waveguide-Linked Optical Cavities and Quantum Dots

Makoto Yamaguchi, Takashi Asano+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2011

Photonic and Optical Devices被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、波導結合型光学キャビティと量子ドットを用いたスケーラブルな固体状態フォトン量子コンピューティングプラットフォームを提案する。キャビティ内で光子を閉じ込め、波導を通じたキャビティ-ドット相互作用により、決定的かつプログラマブルな量子ゲートを実現することで、大規模統合が可能なスケーラブルでコherentな量子操作を達成する。

ABSTRACT

We propose a new scheme for solid-state photonic quantum computation in which trapped photons in optical cavities are taken as a quantum bit. Quantum gates can be realized by coupling the cavities with quantum dots through waveguides. The proposed scheme allows programmable and deterministic gate operations and the system can be scaled up to many quantum bits.

研究の動機と目的

• 統合フォトリックコンponentsを用いた、フォトリック量子計算のためのスケーラブルな固体状態プラットフォームの開発を目的とする。
• 波導結合アーキテクチャにおけるキャビティ-QED相互作用を用いて、決定的かつプログラマブルな量子ゲート操作を可能にする。
• 確率的フォトリックゲートの制限を克服するため、制御可能なキュービットインターフェースとしての量子ドットを活用する。
• 光学キャビティと波導のモジュラーかつオンチップ統合を通じて、スケーラビリティを実現する。
• コンactかつスケーラブルな設計における強い光-物質結合を活用して、高精度の量子操作を達成する。

提案手法

• 光子をフォトリックキュービットとしてキャビティ内で閉じ込める。各キャビティが1つの量子ビットとして機能する。
• キャビティ内に埋め込まれた半導体量子ドットを用い、強い光-物質結合を通じて光子間の相互作用を媒介する。
• キャビティを波導で接続することで、遠く離れたキュービット間でのコherentな光子交換とゲート操作を可能にする。
• 量子ドットとキャビティの制御された結合を通じて、決定的かつプログラマブルな量子ゲートを実現する。
• 波導を介した結合を活用して、多数のキュービットおよびゲート操作をオンチップでスケーラブルに統合する。
• キャビティ量子電磁力学（cavity QED）の原則に依拠し、最小限のデ coherent で高精度の量子操作を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 キャビティ-QED相互作用を用いた固体状態フォトリックプラットフォームで、決定的かつプログラマブルな量子ゲートを実現できるか？
• RQ2 統合波導結合型光学キャビティを用いることで、フォトリック量子計算におけるスケーラビリティをどのように達成できるか？
• RQ3 量子ドットは、フォトリックキュービット間のコherentかつ制御可能な相互作用をどのように実現するか？
• RQ4 スケーラブルかつオンチップアーキテクチャにおいて、高精度の量子操作を維持できるか？
• RQ5 波導を介した結合は、遠く離れたキャビティ間での長距離もつれとゲート操作をどのように可能にするか？

主な発見

• 提案されたアーキテクチャは、制御されたキャビティ-ドット結合を通じて、決定的かつプログラマブルな量子ゲート操作を実現する。
• 波導を介した結合により、多数の光学キャビティを1チップ上にスケーラブルに接続できる。
• 本システムは、大規模なキュービット統合が可能なスケーラブルなフォトリック量子計算をサポートする。
• 量子ドットとキャビティ間の強い光-物質結合により、高精度の量子操作が保証される。
• 確率的フォトリックゲートの制限を克服し、決定的ゲート操作を可能にする。
• 波導、キャビティ、量子ドットの統合により、フォトリック量子情報処理のためのモジュラーかつスケーラブルなプラットフォームが実現される。