[논문 리뷰] Photonic Quantum Computation with Waveguide-Linked Optical Cavities and Quantum Dots

Makoto Yamaguchi, Takashi Asano외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 01. 18.

Photonic and Optical Devices인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 파이버 커플드 광학 공진기와 양자점들을 사용한 확장 가능한 고체상 광학 양자 컴퓨팅 플랫폼을 제안한다. 파이버를 통해 공진기-양자점 상호작용을 통해 광자를 공진기 안에 갇히게 하고, 이를 통해 결정적이고 프로그래머블한 양자 게이트를 실현함으로써, 대규모 통합이 가능한 확장 가능한 일관성 있는 양자 연산을 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 통합 광학 부품을 사용한 확장 가능한 고체상 광학 양자 계산 플랫폼을 개발하기 위해.
• 파이버 커플드 아키텍처에서의 공진기-양자점 상호작용을 통해 결정적이고 프로그래머블한 양자 게이트 연산을 가능하게 하기 위해.
• 확장 가능한 양자 점을 제어 가능한 큐비트 인터페이스로 활용하여 확률적 광학 게이트의 한계를 극복하기 위해.
• 광학 공진기와 파이버의 모듈러, 칩 내 통합을 통해 확장성을 향상시키기 위해.
• 작고 확장 가능한 설계에서 강한 빛-물질 결합을 통해 고정밀도 양자 연산을 달성하기 위해.

제안 방법

• 각 공진기가 단일 양자 비트로 기능하도록 광자를 공진기 안에 갇혀 있는 광학 큐비트로 사용한다.
• 공진기에 내장된 반도체 양자점을 통해 강한 빛-물질 결합을 통해 광자 간 상호작용을 매개한다.
• 공진기를 파이버로 연결하여 먼 거리에 있는 큽비트 간의 일관성 있는 광자 교환과 게이트 연산을 가능하게 한다.
• 양자점과 공진기 간의 제어 가능한 결합을 통해 결정적이고 프로그래머블한 양자 게이트를 실현하기 위해 시스템을 설계한다.
• 파이버를 통한 결합을 활용하여 다수의 큽비트와 게이트 연산을 칩 내에서 확장 가능하게 통합한다.
• 최소한의 비선형성과 함께 고정밀도 양자 연산을 달성하기 위해 공진기 양자전기역학(cavity QED) 원리를 기반으로 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공진기-양자점 상호작용을 통해 고체상 광학 플랫폼에서 결정적이고 프로그래머블한 양자 게이트를 실현할 수 있는가?
• RQ2 통합된 파이버 커플드 광학 공진기를 통해 광학 양자 계산의 확장성을 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ3 양자점은 광큐비트 간의 일관성 있고 제어 가능한 상호작용을 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ4 확장 가능한 칩 내 아키텍처에서 고정밀도 양자 연산을 유지할 수 있는가?
• RQ5 파이버를 통한 결합은 먼 거리에 있는 공진기 간의 장거리 얽힘과 게이트 연산을 어떻게 가능하게 하는가?

주요 결과

• 제안된 아키텍처는 제어 가능한 공진기-양자점 결합을 통해 결정적이고 프로그래머블한 양자 게이트 연산을 실현할 수 있다.
• 파이버를 통한 결합은 단일 칩 내에서 다수의 광학 공진기를 확장 가능하게 연결할 수 있도록 한다.
• 시스템은 대규모 큽비트 통합이 가능한 확장 가능한 광학 양자 계산을 지원한다.
• 양자점과 공진기 간의 강한 빛-물질 결합은 고정밀도 양자 연산을 보장한다.
• 확장 가능한 양자 점을 활용하여 확률적 광학 게이트의 한계를 극복하고 결정적 게이트 연산을 실현한다.
• 파이버, 공진기, 양자점의 통합은 광학 양자 정보 처리를 위한 모듈러하고 확장 가능한 플랫폼을 제공한다.