Generazione e conservazione basate sulla misurazione di stati Cat e Grid all'interno di uno stato cluster a variabile continua

Ripubblicato da Platone

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Miller Eaton^1,2, Carlos González-Arciniegas¹, Raffaele N. Alexander³, Nicolas C. Menicucci³, e Olivier Pfister¹

¹Dipartimento di Fisica, Università della Virginia, Charlottesville, VA 22904, USA
²QC82, College Park, MD 20740, Stati Uniti
³Center for Quantum Computation and Communication Technology, School of Science, RMIT University, Melbourne, VIC 3000, Australia

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Astratto

Presentiamo un algoritmo per generare in modo affidabile vari stati quantistici critici per la correzione dell'errore quantistico e il calcolo quantistico universale a variabili continue (CV), come gli stati del gatto di Schrödinger e gli stati della griglia Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), da stati del cluster CV gaussiano. Il nostro algoritmo si basa sul metodo di teletrasporto assistito con conteggio dei fotoni (PhANTM), che utilizza l'elaborazione delle informazioni gaussiane standard sullo stato del cluster con l'unica aggiunta di misurazioni locali di risoluzione del numero di fotoni. Mostriamo che PhANTM può applicare porte polinomiali e incorporare stati cat all'interno del cluster. Questo metodo stabilizza gli stati del gatto contro il rumore gaussiano e perpetua la non gaussianità all'interno del cluster. Mostriamo che i protocolli esistenti per l'allevamento degli stati del gatto possono essere incorporati nell'elaborazione dello stato del cluster utilizzando PhANTM.

Immagine di primo piano: le misurazioni PhANTM eseguite lungo lo stato del cluster consumano i nodi dello stato del cluster per incorporare gli stati del gatto di Schrӧdinger. Questi stati cat possono quindi essere utilizzati per generare risorse per il calcolo quantistico universale eseguendo misurazioni aggiuntive sui nodi dello stato del cluster.

Riepilogo popolare

Il calcolo quantistico con gli stati del cluster procede in modo analogo al calcolo con i qubit in un modello di circuito, ma il modello dello stato del cluster genera tutto l'entanglement prerequisito in anticipo nella risorsa iniziale. Sebbene il calcolo con gli stati dei cluster richieda un sovraccarico aggiuntivo nel numero di qubit richiesti, recenti esperimenti hanno dimostrato la capacità di creare stati dei cluster estremamente scalabili con migliaia o milioni di modalità utilizzando campi ottici a variabili continue. Gli stati del cluster a variabili continue generati fino ad oggi sono composti da modalità di luce compressa, che sono tutte gaussiane, ma sarà necessaria l'aggiunta di risorse non gaussiane per il calcolo quantistico universale. Questa non-gaussianità può essere inclusa attraverso codifiche bosoniche, come con i qubit GKP, o attraverso l'uso del teletrasporto del gate con stati ausiliari non gaussiani. Le attuali proposte per implementare le necessarie operazioni non gaussiane si basano sulla preparazione offline degli stati ausiliari, che è probabilistica in generale, e quindi accoppiano queste risorse allo stato del cluster. In un certo senso, ciò vanifica lo scopo di un modello di stato del cluster in cui tutte le risorse quantistiche richieste vengono generate in anticipo, ma inoltre, la natura probabilistica delle risorse ausiliarie non gaussiane pone un problema per la scalabilità.
In questo lavoro, elaboriamo un metodo per introdurre la non gaussianità richiesta senza risorse ausiliarie semplicemente eseguendo misurazioni appropriate sullo stato del cluster. Queste misurazioni prendono la forma di operazioni di sottrazione di fotoni seguite dal normale rilevamento dell'omodina per teletrasportare le informazioni quantistiche. Mentre altri metodi per generare stati non gaussiani, come lo stato di fase cubica, possono richiedere una risoluzione di decine di fotoni, abbiamo bisogno solo di una bassa risoluzione del numero di fotoni che è ottenibile con diverse tecnologie. Sebbene la sottrazione dei fotoni sia probabilistica, l'applicazione ripetuta dopo il teletrasporto dal rilevamento dell'omodina significa che saremo quasi certi di riuscire alla fine e solo un certo numero di modalità generali deve essere consumato dalla misurazione. Quando si verifica una sottrazione di fotoni riuscita, lo stato locale impigliato nell'ammasso diventa non gaussiano e viene trasformato in uno stato di gattino Schrӧdinger. Ripetute applicazioni di sottrazione di fotoni prima del teletrasporto aumentano l'ampiezza dello stato del gatto a un livello che dipende dalla compressione presente nello stato del cluster. Sorprendentemente, il processo può preservare l'ampiezza dello stato del gatto anche in presenza di rumore gaussiano dovuto alla compressione finita.
Questo processo, che chiamiamo Photon-counting-Assisted Node-Teleportation Method (PhANTM), può procedere in parallelo su molte catene 1-D separate su uno stato di cluster. Tutti i nodi dello stato del cluster tranne uno in ciascuna catena vengono utilizzati dalla misurazione, ma l'ultimo nodo non misurato viene trasformato in uno stato cat. L'informazione quantistica locale di questo nodo può quindi essere utilizzata come risorsa non gaussiana, ma soprattutto è rimasta intrecciata con il resto della risorsa dello stato del cluster. Procediamo quindi a mostrare che i metodi di allevamento degli stati del gatto per produrre stati GKP sono compatibili con il formalismo dello stato del cluster, il che significa che il nostro metodo può generare entrambi stati del gatto che possono quindi essere generati in risorse computazionali universali, il tutto eseguendo misurazioni sperimentalmente accessibili su un continuo -stato del cluster variabile. Motiviamo anche le connessioni ai protocolli di stima di fase e forniamo esempi per indicare che il nostro metodo può avere successo in presenza di imperfezioni sperimentali e decoerenza.

► dati BibTeX

@article{Eaton2022basato sulla misurazione, doi = {10.22331/q-2022-07-20-769}, URL = {https://doi.org/10.22331/q-2022-07-20-769}, title = {Generazione basata sulla misurazione e conservazione degli stati cat e grid all'interno di uno stato cluster a variabile continua}, autore = {Eaton, Miller e Gonz{'{a}}lez-Arciniegas, Carlos e Alexander, Rafael N. e Menicucci, Nicolas C. e Pfister, Olivier}, diario = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, editore = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {6}, pagine = {769}, mese = lug, anno = {2022} }

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