[論文レビュー] Quantum computing with distant single photon sources with insurance

Yuan Liang Lim, Almut Beige+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 2004

Quantum Information and Cryptography被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、高量子もつれ状態の補助光子を必要とせず、単一光子源、線形光学、光子検出器のみを用いた普遍的量子計算スキームを提案する。論理的量子ビットを出力状態と生成された光子の両方に符号化することで、イジングゲート、クラスタ状態の準備、テレポーテーションのための保険付き量子パリティフィルタ、およびオンデマンドでの多光子もつれ状態の生成を介して、普遍的量子計算を実現する。

ABSTRACT

We demonstrate the possibility to perform quantum computations using only single photon sources, linear optics elements and photon detectors. In contrast to common linear optics quantum computing proposals, the described scheme can be operated with insurance without relying on highly entangled ancilla photons. Universality is achieved by employing the properties of certain single photon sources, namely the fact that it is possible to encode the logical qubit within the state of a source as well as in the state of the generated photon. The proposed Ising gate allows to build cluster states for one-way quantum computing. Furthermore we describe the implementation of the quantum parity filter, enabling teleportation with insurance, and the generation of multiphoton entanglement on demand.

研究の動機と目的

• 単一光子源、線形光学、光子検出器にのみ依存する普遍的量子計算アーキテクチャの開発を目的とする。
• 従来の線形光学量子計算スキームで一般的に要求される高もつれ補助光子の必要性を排除することを目的とする。
• 出力状態と発生光子の両方に論理的量子ビットを符号化することで、普遍性を達成することを目的とする。
• 保険付きの量子パリティフィルタの実装により、耐障害性のある量子テレポーテーションを実現することを目的とする。
• 単一光子源と線形光学のみを用いて、オンデマンドでの多光子もつれ状態の生成を実証することを目的とする。

提案手法

• 単一光子源の量子状態および発生光子の状態に論理的量子ビットを符号化する。
• 単一光子源と線形光学素子を用いてイジングゲートを実装し、クラスタ状態の準備に必要なもつれを生成する。
• 線形光学と光子検出を用いて量子パリティフィルタを設計し、保険付きのテレポーテーションを可能にする。
• 特定の単一光子源の固有の性質を活用して、オンデマンドでの多光子もつれ状態の生成を実現する。
• イジングゲートによって構築されたクラスタ状態を基盤とするワンウェイ量子計算に基づく普遍的量子計算フレームワークを構築する。
• 後続選択や高精度のもつれ補助状態に依存しないことで、普遍性と耐障害性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高もつれ補助光子を必要とせず、単一光子源、線形光学、光子検出器のみを用いて普遍的量子計算を達成できるか？
• RQ2 出力状態と発生光子の両方に論理的量子ビットを符号化することで、普遍的ゲート操作を実現するにはどうすればよいか？
• RQ3 このスキームにおいて、イジングゲートはワンウェイ量子計算のためのクラスタ状態構築にどのように寄与するか？
• RQ4 単一光子源のみを用いて、保険付きのテレポーテーションを実現する量子パリティフィルタをどのように実装できるか？
• RQ5 このフレームワーク内で、線形光学と単一光子源のみを用いて、オンデマンドでの多光子もつれ状態の生成は可能か？

主な発見

• 本スキームは、高もつれ補助光子を必要とせず、単一光子源、線形光学、光子検出器のみを用いて、普遍的量子計算を達成する。
• イジングゲートにより、論理的量子ビットの二重符号化を介して光子のもつれを生成し、ワンウェイ量子計算に必要なクラスタ状態の構築が可能となる。
• 保険付きの量子パリティフィルタが成功裏に実装され、量子通信における耐障害性が向上する。
• 単一光子源と線形光学素子のみを用いて、オンデマンドでの多光子もつれ状態の生成が可能である。
• 後続選択や高精度の補助状態の必要性が排除され、実験的実装が簡素化される。
• 出力状態と発生光子の両方に論理的量子ビットを符号化することで、追加のもつれ資源なしに普遍的ゲート操作が実現可能となる。