دانلود ترجمه مقاله پردازنده کوانتوم فتونیک و کاربردش برای حل دستگاه معادلات خطی

1. مقدمه 2. نتایج 3. بحث و بررسی 4. روش ها

چکیده – کامپیوترهای کوانتومی مقیاس بزرگ نیاز به توانایی بکار گیری رشته ها یا تسلسل طولانی از گیت های به هم بافته برای داشتن کیوبیت های زیاد، دارند. در یک معماری فتونیکی، که در آن گیت های تک کیوبیتی را می توان به آسانی و به دقت تولید کرد، کاربرد گیت های به هم بافته دو کیوبیتی متوالی به یک مانع قابل توجه تبدیل شده است. در اینجا، یک پردازنده کوانتومی فتونیک دو کیوبیتی را نشان می دهیم که از گیت های CNOT متوالی برروی جفت کیوبیت های کدگذاری شده با قطبش یکسان پیاده سازی می کند. برای نشان دادن انعطاف پذیری سیستم ما، نمونه های مختلفی از الگوریتم کوانتوم را برای حل دستگاه های معادلات خطی، پیاده سازی می کنیم. مقدمه: کامپیوترهای کوانتومی، توجه هنگفتی را به خود جلب کرده اند، زیرا نوید آن را می دهند که نسبت به کامپیوترهای کلاسیک از نظر تعداد وظایف، برتری داشته باشند. هدف بلند مدت، ساختن یک پردازنده کوانتومی جهانی است که می توان آنرا برای حل مسائل اختیاری، برنامه نویسی کرد. انجام چنین کاری نیاز به تجزیه محاسبات کوانتومی به رشته هایی از گیت های کوانتومی عمل کننده بر تنها تعداد اندکی کیوبیت خواهد داشت. بخصوص اینکه، هر محاسبه را می توان با استفاده از گیت های تک کیوبیتی و یک گیت به هم بافته دو کیوبیتی خاص مانند NOT کنترل شده (CNOT)، تجزیه کرد. در رایانش کوانتومی نوری خطی، پیاده سازی گیت های دو کیوبیتی دشوار است زیرا فتون ها مستقیماً با هم برهمکنش ندارند، دین معنا که دشواری یک محاسبه را می توان با تعداد گیت های به هم بافته ای که لازم دارد، توصیف نمود. گیت های به هم بافته را می توان به صورت نوری با معرفی یک غیرخطی موثر از طریق اندازه گیری پیاده سازی کرد، اما این در ساده ترین حالت، به معنای آن است که فوتون های خروجی یک گیت دو کیوبیتی لازم است اندازه گیری شوند تا از عملکرد صحیح گیت اطمینان حاصل شود، و در نتیجه، کاربرد دیگر گیت ها را برای همان جفت کیوبیت امکان پذیر می کند [4-11]. در اینجا، دو گیت CNOT برروی یک جفت کیوبیت را نشان می دهیم. ما دو CNOT را به صورت متفاوت پیاده سازی می کنیم: موفقیت گیت اول بوسیله آشکار سازی موفقیت آمیز دو فوتون فرعی اعلام می شود [12، 13]، درحالی که گیت دوم احتمالاتی است [5-7]. متمایز با پژوهش قبلی [11]، طرح ما، شامل بازیافت کیوبیت نمی شود که این بازیافت در اصل به صورت تعیین کننده ای قابل انجام نیست.

Large-scale quantum computers will require the ability to apply long sequences of entangling gates to many qubits. In a photonic architecture, where single-qubit gates can be performed easily and precisely, the application of consecutive two-qubit entangling gates has been a significant obstacle. Here, we demonstrate a two-qubit photonic quantum processor that implements two consecutive CNOT gates on the same pair of polarisation-encoded qubits. To demonstrate the flexibility of our system, we implement various instances of the quantum algorithm for solving of systems of linear equations. Introduction: Quantum computers have attracted tremendous interest because they promise to outperform classical computers at a number of tasks [1]. The long-term goal is to build a universal quantum processor, which can be programmed to solve arbitrary problems [2]. Doing so will require decomposing quantum computations into sequences of quantum gates acting on only a few qubits [1]. In particular, any computation can be decomposed using single-qubit gates and a particular two-qubit entangling gate such as controlled-NOT (CNOT). In linear-optical quantum computing, two-qubit gates are difficult to implement because photons do not interact directly, meaning that the difficulty of a computation can be described by the number of entangling gates it requires. Entangling gates can be implemented optically by introducing an effective nonlinearity via measurements [3], but this implies, in the simplest case, that output photons of a two-qubit gate need to be measured to ensure correct gate operation, making another application of gates to the same pair of qubits impossible [4,5,6,7,8,9,10,11]. Here, we demonstrate two CNOT gates acting on the same pair of qubits. We implement the two CNOTs differently: the success of the first gate is heralded by the successful detection of two ancillary photons [12,13], while the second gate is probabilistic [5,6,7]. In distinction to previous work [11], our scheme does not involve qubit recycling which, in principle, can be performed deterministically.