1Departamento de Física, Universidad de Virginia, Charlottesville, VA 22904, EE. UU.
2QC82, College Park, MD 20740, EE. UU.
3Centro de Tecnología de la Comunicación y Computación Cuántica, Facultad de Ciencias, Universidad RMIT, Melbourne, VIC 3000, Australia
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Resumen
Presentamos un algoritmo para generar de manera confiable varios estados cuánticos críticos para la corrección de errores cuánticos y la computación cuántica universal de variable continua (CV), como los estados de gato de Schrödinger y los estados de cuadrícula de Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), a partir de estados de clúster de CV gaussiana. Nuestro algoritmo se basa en el Método de teletransportación de nodos asistidos por conteo de fotones (PhANTM), que utiliza el procesamiento de información gaussiana estándar en el estado del grupo con la única adición de mediciones locales de resolución de números de fotones. Mostramos que PhANTM puede aplicar puertas polinómicas e incrustar estados cat dentro del clúster. Este método estabiliza los estados cat contra el ruido gaussiano y perpetúa la no gaussianidad dentro del grupo. Mostramos que los protocolos existentes para la reproducción de estados de gatos pueden integrarse en el procesamiento de estados de clúster utilizando PhANTM.
Imagen destacada: las mediciones de PhANTM realizadas a lo largo del estado del clúster consumen nodos de estado del clúster para incrustar los estados del gato de Schrӧdinger. Estos estados cat se pueden usar para generar recursos para la computación cuántica universal realizando mediciones adicionales en los nodos de estado del clúster.
Resumen popular
En este trabajo, ideamos un método para introducir la no gaussianidad requerida sin recursos auxiliares simplemente realizando mediciones apropiadas en el estado del clúster. Estas medidas toman la forma de operaciones de sustracción de fotones seguidas por la detección homodina normal para teletransportar la información cuántica. Mientras que otros métodos para generar estados no gaussianos, como el estado de fase cúbica, pueden requerir una resolución de decenas de fotones, solo necesitamos una resolución de bajo número de fotones que se puede lograr con varias tecnologías diferentes. Aunque la sustracción de fotones es probabilística, la aplicación repetida después de la teletransportación desde la detección homodina significa que tendremos casi la certeza de que finalmente lo lograremos y que la medición solo debe consumir algunos modos generales. Cuando se produce una sustracción de fotones con éxito, el estado local entrelazado con el cúmulo se vuelve no gaussiano y se convierte en un estado minino de Schrçdinger. Las aplicaciones repetidas de sustracción de fotones antes de la teletransportación aumentan la amplitud del estado del gato a un nivel que depende de la compresión presente en el estado del grupo. Sorprendentemente, el proceso puede preservar la amplitud del estado del gato incluso en presencia de ruido gaussiano debido a la compresión finita.
Este proceso, que llamamos método de teletransportación de nodos asistido por conteo de fotones (PhANTM), puede proceder en paralelo en muchas cadenas 1-D separadas en un estado de clúster. Todos menos un nodo de estado de clúster en cada cadena son consumidos por la medición, pero el último nodo no medido se transforma en un estado cat. La información cuántica local de este nodo se puede utilizar como un recurso no gaussiano, pero, lo que es más importante, ha permanecido enredada con el resto del recurso de estado del clúster. Luego procedemos a mostrar que los métodos de reproducción de estados cat para producir estados GKP son compatibles con el formalismo de estado de clúster, lo que significa que nuestro método puede generar estados cat que luego pueden convertirse en recursos computacionales universales, todo mediante la realización de mediciones experimentalmente accesibles en un continuo. -Estado de clúster variable. También motivamos las conexiones con los protocolos de estimación de fase y brindamos ejemplos para indicar que nuestro método puede tener éxito en presencia de imperfecciones experimentales y decoherencia.
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