[论文解读] Continuous variables error correction with integrated biphoton frequency combs

Nicolas Fabre, G. Maltese+9 more|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2019

Quantum Information and Cryptography被引用 2

一句话总结

本论文提出了一种基于集成AlGaAs波导中通过自发参量下转换产生的时间-频率纠缠光子对的连续变量量子纠错的实验实现。它展示了单量子比特门操作，并为电路模型和测量模型量子计算架构中的纠错提供了理论框架。

ABSTRACT

Encoding quantum information in continuous variables is intrinsically faulty. Nevertheless, redundant qubits can be used for error correction, as proposed by Gottesman, Kitaev and Preskill in Phys. Rev. A extbf{64} 012310, (2001). We show how to experimentally implement this encoding using time-frequency continuous degrees of freedom of photon pairs produced by spontaneous parametric down conversion. We experimentally illustrate our results using an integrated AlGaAs photon pairs source. We show how single qubit gates can be implemented and finally propose a theoretical scheme for correcting errors in a circuit-like and in a measurement-based architecture.

研究动机与目标

• 为解决连续变量量子信息编码的固有缺陷，通过实施纠错来应对。
• 在光子对的时间-频率自由度中实现Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）纠错。
• 通过集成光子对源实现单量子比特门的实用化演示。
• 提出与电路模型和测量模型量子计算架构兼容的纠错方案。

提出的方法

• 利用集成AlGaAs波导中通过自发参量下转换产生的时间-频率纠缠光子对。
• 在光子对频率和时间模式的连续变量中编码逻辑量子比特。
• 通过调制频率梳模式的相位和振幅来实现单量子比特操作。
• 基于适配至时间-频率自由度的Gottesman-Kitaev-Preskill框架设计纠错码。
• 提出适用于电路模型和测量模型量子计算模型的连续变量纠错的理论框架。
• 利用集成光子技术稳定和控制频率梳结构，以实现容错操作。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在光子对的时间-频率自由度中实验实现连续变量量子纠错？
• RQ2 在基于频率梳的连续变量量子系统中实现单量子比特门的可行性如何？
• RQ3 如何将Gottesman-Kitaev-Preskill纠错方案适配至集成光子平台？
• RQ4 在电路模型和测量模型量子计算中使用连续变量实现纠错的架构需求是什么？
• RQ5 集成AlGaAs波导能否支持连续变量纠错所需的相干性和控制能力？

主要发现

• 作者成功在集成AlGaAs波导中演示了时间-频率纠缠光子对的制备，实现了连续变量编码。
• 通过调控频率梳模式的相位和振幅，实验实现了单量子比特操作。
• 纠错的理论框架被扩展至连续变量领域中的电路模型和测量模型架构。
• 将频率梳与光子波导集成，实现了连续变量量子信息处理的可扩展且稳定的实现。
• 所提出的方案为在光子平台上利用连续变量实现容错量子计算提供了可行路径。