Fehlerminderung auf einem quantenphotonischen Kurzzeitgerät

Zeitstempel: 4. Mai 2021, 7:18 Uhr
Quellknoten: 844782

Daiqin Su1Robert Israel1, Kunal Sharma2, Haoyu-Qi1, Ish Dhand1und Kamil Brádler1

1Xanadu, Toronto, Ontario, M5G 2C8, Kanada
2Hearne-Institut für Theoretische Physik und Institut für Physik und Astronomie, Louisiana State University, Baton Rouge, LA USA

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Abstrakt

Der Photonenverlust ist für die Leistung von quantenphotonischen Bauelementen destruktiv, und daher ist die Unterdrückung der Auswirkungen des Photonenverlusts für photonische Quantentechnologien von größter Bedeutung. Wir präsentieren zwei Schemata, um die Auswirkungen des Photonenverlusts für ein Gaußsches Boson-Abtastgerät abzuschwächen, insbesondere um die Schätzung der Abtastwahrscheinlichkeiten zu verbessern. Anstatt Fehlerkorrekturcodes zu verwenden, die hinsichtlich ihres Hardwareressourcenaufwands teuer sind, erfordern unsere Schemata nur eine geringe Anzahl von Hardwaremodifikationen oder sogar keine Modifikationen. Unsere Techniken zur Verlustunterdrückung basieren entweder auf der Erfassung zusätzlicher Messdaten oder auf der klassischen Nachbearbeitung, sobald die Messdaten erhalten wurden. Wir zeigen, dass mit moderaten Kosten der klassischen Nachbearbeitung die Auswirkungen des Photonenverlusts für einen bestimmten Verlust signifikant unterdrückt werden können. Die vorgeschlagenen Schemata sind daher ein Schlüsselelement für Anwendungen von kurzfristigen photonischen Quantenvorrichtungen.

Ausgewähltes Bild: Verringern Sie den Effekt des Photonenverlusts für einen gepressten Zwei-Moden-Vakuumzustand. Hier ist $ P ([n, n]) $ die Wahrscheinlichkeit, ein Photonenzahlmuster $ [n, n] $ zu erfassen.

Populäre Zusammenfassung

Das Gaußsche Boson-Sampling-Gerät (GBS) ist eines der vielversprechendsten quantenphotonischen Geräte. Es wurde kürzlich verwendet, um den Quantenberechnungsvorteil gegenüber klassischen Computern bei einem bestimmten Abtastproblem zu demonstrieren. Das GBS-Gerät könnte in naher Zukunft auch praktische Anwendungen finden, z. B. bei der Lösung molekularer Docking-Probleme. Die Leistung der GBS-Vorrichtung wird jedoch durch Photonenverlust dramatisch verschlechtert. Im Prinzip kann der Photonenverlust unter Verwendung von Quantenfehlerkorrekturcodes korrigiert werden, aber diese Codes führen zu einem großen Ressourcenaufwand. In dieser Arbeit werden zwei Schemata vorgeschlagen, um den Effekt des Photonenverlusts für das kurzfristige GBS-Gerät mit einer kleinen Hardwaremodifikation oder sogar ohne Modifikation abzuschwächen. Der zu zahlende Preis besteht darin, mehrere Experimente und die klassische Nachbearbeitung durchzuführen. Diese Arbeit stellt fest, dass der Effekt des Photonenverlusts mit einer moderaten Menge klassischer Ressourcen signifikant unterdrückt werden kann. Daher sind die vorgeschlagenen Verlustminderungsschemata für kurzfristige Anwendungen von quantenphotonischen Technologien wesentlich.

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Quelle: https://quantum-journal.org/papers/q-2021-05-04-452/

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