[论文解读] 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 1

一句话总结

该论文提出了一种仅使用单光子源、线性光学和光子探测器的通用量子计算方案，无需依赖高度纠缠的辅助光子。通过在源态和生成的光子中同时编码逻辑量子比特，该方案实现了通过伊辛门、簇态制备、用于带保险的量子 teleportation 的量子奇偶校验过滤，以及按需生成多光子纠缠。

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.

研究动机与目标

• 开发一种仅依赖单光子源、线性光学和光子探测器的通用量子计算架构。
• 消除线性光学量子计算方案中通常所需的高纠缠辅助光子的需求。
• 通过在源态和发射光子中双重编码逻辑量子比特，实现通用性。
• 通过实现带保险的量子奇偶校验过滤，实现容错量子 teleportation。
• 展示仅使用单光子源和线性光学即可按需生成多光子纠缠态。

提出的方法

• 在单光子源的量子态以及发射光子的态中编码逻辑量子比特。
• 使用单光子源和线性光学元件实现伊辛门，以生成用于簇态制备的纠缠。
• 利用线性光学和光子探测设计量子奇偶校验过滤器，以实现带保险的 teleportation。
• 利用某些单光子源的内在特性，按需生成多光子纠缠态。
• 基于使用伊辛门构建的簇态，构建基于一维量子计算的通用量子计算框架。
• 通过避免依赖后选择或高保真度纠缠辅助态，确保通用性和容错性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否仅使用单光子源、线性光学和光子探测器，在不依赖高度纠缠辅助光子的情况下实现通用量子计算？
• RQ2 如何在源态和发射光子中编码逻辑量子比特，以实现通用门操作？
• RQ3 在该方案中，伊辛门在构建用于一维量子计算的簇态中起什么作用？
• RQ4 如何仅使用单光子源实现量子奇偶校验过滤，以实现带保险的 teleportation？
• RQ5 在此框架内，仅使用线性光学和单光子源，能否实现多光子纠缠的按需生成？

主要发现

• 该方案仅使用单光子源、线性光学和光子探测器，即可实现量子计算的通用性，且无需高度纠缠的辅助光子。
• 伊辛门通过双重编码逻辑量子比特，实现了构建一维量子计算所需簇态的光子纠缠。
• 量子奇偶校验过滤器成功实现，使带保险的 teleportation 成为可能，从而增强了量子通信中的容错性。
• 仅使用单光子源和线性光学元件，即可按需生成多光子纠缠态。
• 该方案消除了对后选择或高保真度辅助态的需求，简化了实验实现。
• 在源和发射光子中双重编码逻辑量子比特，使得无需额外纠缠资源即可实现通用门操作。