Génération et préservation basées sur des mesures des états Cat et Grid dans un état de cluster à variable continue

Republié par Platon

Suiveurs: 0

Miller Eaton^1,2, Carlos González-Arciniegas¹, Rafael N.Alexandre³, Nicolas C. Menicucci³, et Olivier Pfister¹

¹Département de physique, Université de Virginie, Charlottesville, VA 22904, États-Unis
²QC82, College Park, MD 20740, États-Unis
³Centre for Quantum Computation and Communication Technology, School of Science, RMIT University, Melbourne, VIC 3000, Australie

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Abstract

Nous présentons un algorithme pour générer de manière fiable divers états quantiques essentiels à la correction d'erreur quantique et à l'informatique quantique universelle à variable continue (CV), tels que les états de chat de Schrödinger et les états de grille de Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), à partir d'états de cluster CV gaussiens. Notre algorithme est basé sur la méthode PhANTM (Photon-counting-Assisted Node-Teleportation Method), qui utilise le traitement standard de l'information gaussienne sur l'état du cluster avec la seule addition de mesures locales de résolution du nombre de photons. Nous montrons que PhANTM peut appliquer des portes polynomiales et intégrer des états de chat dans le cluster. Cette méthode stabilise les états de chat contre le bruit gaussien et perpétue la non-gaussianité au sein du cluster. Nous montrons que les protocoles existants pour les états des chats reproducteurs peuvent être intégrés dans le traitement des états des clusters à l'aide de PhANTM.

Image en vedette : les mesures PhANTM effectuées le long de l'état du cluster consomment des nœuds d'état du cluster pour intégrer les états du chat de Schränder. Ces états de chat peuvent ensuite être utilisés pour générer des ressources pour le calcul quantique universel en effectuant des mesures supplémentaires sur les nœuds d'état du cluster.

Résumé populaire

Le calcul quantique avec des états de cluster se déroule de manière analogue au calcul avec des qubits dans un modèle de circuit, mais le modèle d'état de cluster génère tout l'enchevêtrement préalable dans la ressource initiale. Bien que le calcul avec des états de cluster nécessite une surcharge supplémentaire dans le nombre de qubits requis, des expériences récentes ont démontré la capacité de créer des états de cluster massivement évolutifs avec des milliers ou des millions de modes en utilisant des champs optiques à variation continue. Les états de cluster à variation continue générés à ce jour sont composés de modes de lumière compressés, qui sont tous gaussiens, mais l'ajout de ressources non gaussiennes sera nécessaire pour l'informatique quantique universelle. Cette non-gaussianité peut être incluse via des codages bosoniques, comme avec les qubits GKP, ou via l'utilisation de la téléportation de porte avec des états auxiliaires non gaussiens. Les propositions actuelles pour mettre en œuvre les opérations non gaussiennes requises reposent sur la préparation hors ligne d'états auxiliaires, qui est en général probabiliste, puis couplent ultérieurement ces ressources à l'état du cluster. Dans un sens, cela va à l'encontre de l'objectif d'un modèle d'état de cluster où toutes les ressources quantiques requises sont générées à l'avance, mais en outre, la nature probabiliste des ressources auxiliaires non gaussiennes pose un problème d'évolutivité.
Dans ce travail, nous concevons une méthode pour introduire la non-gaussianité requise sans ressources auxiliaires simplement en effectuant des mesures appropriées sur l'état du cluster. Ces mesures prennent la forme d'opérations de soustraction de photons suivies de la détection homodyne normale pour téléporter l'information quantique. Alors que d'autres méthodes pour générer des états non gaussiens, tels que l'état de phase cubique, peuvent nécessiter une résolution de dizaines de photons, nous n'avons besoin que d'une résolution à faible nombre de photons, réalisable avec plusieurs technologies différentes. Bien que la soustraction de photons soit probabiliste, l'application répétée après la téléportation à partir de la détection homodyne signifie que nous serons presque certains de réussir finalement et que seul un certain nombre de modes supplémentaires doivent être consommés par la mesure. Lorsqu'une soustraction de photons réussie se produit, l'état local intriqué dans l'amas devient non gaussien et se transforme en un état de chaton de Schränder. Des applications répétées de soustraction de photons avant la téléportation augmentent l'amplitude de l'état du chat à un niveau qui dépend de la compression présente dans l'état du cluster. Étonnamment, le processus peut préserver l'amplitude de l'état de chat même en présence d'un bruit gaussien dû à une compression finie.
Ce processus, que nous appelons la méthode PhANTM (Photon-counting-Assisted Node-Teleportation Method), peut se dérouler en parallèle sur de nombreuses chaînes 1-D distinctes sur un état de cluster. Tous les nœuds d'état de cluster sauf un dans chaque chaîne sont consommés par la mesure, mais le dernier nœud non mesuré est transformé en un état chat. L'information quantique locale de ce nœud peut donc être utilisée comme une ressource non gaussienne, mais surtout, elle est restée intriquée avec le reste de la ressource d'état du cluster. Nous montrons ensuite que les méthodes d'élevage d'états de chat pour produire des états GKP sont compatibles avec le formalisme d'état de cluster, ce qui signifie que notre méthode peut à la fois générer des états de chat qui peuvent ensuite être intégrés dans des ressources de calcul universelles, le tout en effectuant des mesures expérimentalement accessibles sur une base continue. - état de cluster variable. Nous motivons également les connexions aux protocoles d'estimation de phase et fournissons des exemples pour indiquer que notre méthode peut réussir en présence d'imperfections expérimentales et de décohérence.

► Données BibTeX

@article{Eaton2022basé sur les mesures, doi = {10.22331/q-2022-07-20-769}, URL = {https://doi.org/10.22331/q-2022-07-20-769}, title = {Génération basée sur la mesure et préservation des états de chat et de grille dans un état de cluster à variable continue}, auteur = {Eaton, Miller et Gonz{'{a}}lez-Arciniegas, Carlos et Alexander, Rafael N. et Menicucci, Nicolas C. et Pfister, Olivier}, journal = {{Quantique}}, issn = {2521-327X}, éditeur = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {6}, pages = {769}, mois = juil, année = {2022} }

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