By 阿马拉葡萄柚 19 年 2022 月 XNUMX 日发布
1月XNUMX日，十部， Twitter 上的新闻公告 Xanadu 的 Borealis 光子量子计算机 可以 此 新闻稿模板 所有其他量子公司都渴望实现这一点。在帖子中，该公司首席执行官提供了：
1）a 高质量科学论文的链接 (马德森等人，2022）这表明了特别的成功；
2）他们的进展如何 比较 类似技术；
3）如何 普通大众都可以使用 它;
4）什么是预付款 归结为一两句话;
5) 直接解决过去的几个问题 这是通过比较量子硬件而得出的。在这种情况下：“欺骗”和“真实的计算问题”；
6）a 高质量的视频，这解释了进步。
这是一篇出色的新闻稿，其简洁的质量和对技术的关注。让我们从头开始。
光子量子计算：它是什么？
光子量子器件的运行原理与基于自旋的量子器件完全不同。 Xanadu 的光子量子计算机基于连续变量 (CV) 模型。图 1 中 Zachary Vernon 在 PfQ 2019 研讨会上的图表解释了第一个根本区别。我们拥有光场的连续变量，而不是离散的 |1>、|0> 状态，其中编码了有关幅度和相位正交的信息。
图1。图 1 来自 Zachary Vernon 他在 2019 年光子学研讨会上的演讲，解释了根本的区别。
光子量子位面临的挑战是它们的寿命很短。然而，如果一个人使用 基于测量 (MB) 量子计算（QC）代替 基于门的 量子计算，那么我们就可以自然地绕过短命的光子量子位，因为计算是立即执行的。量子位成为特定分布的相空间中的特定测量，称为 挤压光 or 挤压状态. 压缩状态 利用权衡来“压缩”或减少给定变量测量的不确定性，同时增加研究人员可以忽略的另一个变量测量的不确定性。量子位节点被压缩状态取代。 高斯玻色子采样 (GBS) 是从压缩状态的分布中抽取样本的时候。
为了掌握连续变量、基于测量的量子计算的概念，我在 YouTube 上找到了最好的描述，来自丹麦技术大学 (DTU) 的 Ulrik Lund Andersen 于 2021 年 XNUMX 月给出了一个面向视觉的、在线讨论： 具有连续变量的光量子计算。他的演讲通过展示压缩状态如何与输入状态纠缠来逐步完成压缩状态阵列的测量，以成为 簇状状态。通过对集群状态的测量，可以执行 盖茨，例如：Lloyd 和 Braunstein 在其经典基础中于 1999 年描述的通用门集： 连续变量的量子计算。安徒生接着介绍了另一个 的关键组成部分 光子量子计算机.
- 分束器;是半反射镜以及纠缠两个不同压缩状态节点的方式。循环的输出表示相关的“双模式压缩状态”，也称为 连续变量 EPR 状态 (跳转到安徒生的视频);
- 零差检测：是一个本地振荡器，提供了一种选择相空间中的正交进行测量并产生新输出状态的方法；
- 那么，在零差检测后的序列中，敏感 光子探测器 来计算光子的数量。
图2。丹麦技术大学 (DTU) 的 Ulrik Lund Andersen 于 2021 年 XNUMX 月发表了一场以视觉为导向的在线演讲： 具有连续变量的光量子计算.
系统具有 光纤连接 拥有很大的优势。对于 > 1 厘米的距离，使用光子通过光纤传输一位所需的能量小于为覆盖相同距离的典型 50 欧姆电子传输线充电所需的能量。 （尼尔森和庄，2010 年，第 296 页。 XNUMX)。他们还可以利用现有的光纤网络进行通信。
如何扩展光子量子计算机
世外桃源 新技术的成功 给我们看一看 （马德森等人，2022）如何显着改进和扩展光子量子计算：
- 非经典光产生：将光发生器压缩在芯片上；
- 时域复用：循环，允许访问更多压缩光模式，而不增加系统的物理范围或复杂性；
- 通用门集实现：可编程（布罗姆利等人，2019);
- 快速电光转换：高斯状态从干涉仪发送到 1 到 16 的二元开关树 (demux)，在 PNR 读出之前对输出进行部分解复用；
- 另外，PNR 也得到了改进， 室温目标 视图中：
- 高速光子数分辨 (PNR) 检测技术：基于超导跃迁边缘传感器 (TES) 的光子数分辨 (PNR) 探测器阵列，探测效率为 95%（阿拉佐拉等人，2021).
安德森教授阐述了一项关键创新： 时间复用 用 逐步动画，一种 2D 压缩光簇生成方法，使用光纤中的环路，该环路仅延迟一个时钟周期。然后光路在分束器之间同步。如果添加更多的环路，就会有更多的纠缠，并且所需的分束器也会更少。这导致了我的光子量子计算机缩放启发式： “多路复用循环的时间越多，扩展所需的时间就越少。” 图 3 展示了 Xanadu 新闻稿视频中的相同概念。
图3。时间复用概念可增加纠缠、减少分束器数量并支持更好的可扩展性。帧抓取来自 “世外桃源”新闻稿视频.
现在，当我们看到实验室设置时，我们可以直观地了解可扩展性。安徒生 识别组件 他自己的 DTU 小组的光子量子计算机使用的架构是可扩展的，也不是可扩展的，由 拉森等人，2021.
中科大竞赛
安德森教授还指出， Q＆A 他的演讲中， 为什么中国科学技术大学 (USTC) 团队： 九丈2.0，无法缩放。中国科学技术大学的研究小组正在利用自由空间、压缩光光源来研究 113 个光子量子位，分别为：5x5x5cm，带有相应的分束器用于纠缠。对于容错计算，需要大约一百万个压缩轻状态。因此，虽然这是量子霸权方面令人印象深刻的努力，但这种架构将使系统变得异常庞大。
一些光子量子计算机路线图
此外 拉森等人，2021如上所述，这些光子量子计算路线图在社区中得到了很好的引用：
不断增长的光子量子计算机供应商和团体
研究。 国际光子量子计算社区与产业正在不断发展。自 2012 年以来，arXiV 上总共约有 850 篇光子量子技术研究论文，在过去十年中增加了约 600%。迄今为止最快的年度增长是在 2022 年（截至年底约为 50%）。这一增长与十年来量子技术研究领域其他领域的增长（约 600%）保持同步。
会议参与。 如果我们比较来自东北部的实体的不均匀的地理权重，那么社区也在增加。 2019 （35）和 2022 (45) 量子光子学 (PfQ) 研讨会。特别值得跳转到 2019 年 PfQ 网站：他们录制了有用的演示视频和相应的演示文稿。
实体，部分拥有专利。由于“光子”关键字解析度较粗糙，跟踪光子量子专利的专利增长具有挑战性。然而，可以确定一些专利权人。以下是光子量子计算领域一些拥有可用专利的供应商和团体：
加拿大
美国
- 加利福尼亚州
- 密歇根州
中国
德国
The Netherlands
丹麦
光子量子计算壁纸
现在是夏天，我想简单地分享一下这个领域我最喜欢的图形。这是色彩缤纷、无限维的希尔伯特空间，由 2018 年 Xanadu 实习生 Brianna Gopaul 生成。 中等文章 关于基本光子量子 门操作;她为我们带来了丰富的视觉效果。现在这是我的桌面屏幕。
Amara Graps 博士 是跨学科的物理学家、行星科学家、科学传播者和教育家，也是所有量子技术的专家。
