مقالات

حالت های گراف چهار پروتونی قابل برنامه ریزی بر روی تراشه سیلیکونی

Programmable four-photon graph states on a silicon chip

کامپیوتر های کوانتومی آینده، نیاز به یک معماری مقیاس پذیر بر روی یک فناوری مقیاس پذیر دارند – ساختاری که از میلیون ها مؤلفه با کارایی بالا پشتیبانی کند. پروتکل های مبتنی بر اندازه گیری، با استفاده از حالت های گراف (Graph states)، بیانگر جدیدترین پیشرفت ها در معماری های محاسبات کوانتومی نوری هستند. فناوری فوتونیک سیلیکونی مقیاس پذیری بسیار زیاد و کارایی کوانتومی نوری اثبات شده ای را ارائه می دهد. در این پژوهش، محققان با استفاده از چهار فوتون تولید شده بر روی تراشه، حالت های گرافی فوتونی را بر روی یک تراشه تولید انبوه ایجاد و رمزگذاری کردند.

آن ها بطور برنامه ریزی شده انواع حالت های گرافی چهار فوتونی را ایجاد کردند، پیاده سازی یک پروتکل ابتدایی مبتنی بر اندازه گیری و اندازه گیری تداخل پیش بینی شده بسیار مشخص مربوط به چهار پروتون. پژوهشگران یک مدل از دستگاه را توسعه داده و منابع اصلی خطا را با استفاده از استنتاج بیزین[1] محدود کردند. تلفیق محاسبات کوانتومی مبتنی بر اندازه گیری ، فناوری فوتونیک سیلیکونی، و منابع چند جفتی روی تراشه برای پردازش اطلاعات کوانتومی مقیاس پذیر در آینده با استفاده از فوتون ها مفید خواهد بود.

حالت های گراف منابع درهم تنیده کلیدی برای پردازش اطلاعات کوانتومی هستند. آن ها حالت های کوانتومی هستند که می توانند به صورت نمودار رسم شوند و دارای یک کیوبیت در هر راس و درهم تنیدگی جفتی در هر لبه می باشند. در محاسبات کوانتومی مبتنی بر اندازه گیری ، که اندازه گیری های تک-کیوبیتی بر روی حالت گراف محاسبات را پیش می برد، با استفاده از گراف های ویژه ای می توان کارهای محاسباتی خاصی را اجرا نمود. تصحیح خطای کوانتومی توپولوژیکی، که بر حالت های گراف استوار است، مقاومت لازم در برابر نویز را که برای تحقق تجربی کامپیوتر های کوانتومی آینده ضروری است ارائه می دهد.

حالت های گراف همچنین نقش اساسی را به عنوان پلت فرمی برای شبیه سازی فرآیند های پیچیده و دینامیک ها، و پروتکل های اشتراک گذاری مخفی کوانتومی ایفا می کنند. به این ترتیب، حالت های گراف به صورت تجربی هم در اپتیک و هم در سایر پلت فرم ها ظاهر شده اند. تولید گراف های دلخواه با قابلیت بازآرایی، که پیش از این هرگز در اپتیک انجام نشده بود، پیشرفت بسیاری از کاربرد های مبتنی بر گراف را تسریع می کند.

محققان در این پژوهش، یک دستگاه کوانتومی نوری سیلیکونی را ارائه دادند که می تواند چهار فوتون را تولید کند و به طور برنامه ریزی شده ای آن ها را در هر دو دسته از دسته های چهار کیوبیتی حالت گراف درهم تنیده که تحت تبدیلات یکانی موضعی بسته هستند رمزگذاری نماید. پژوهشگران به این دو دسته بوسیله شناخته شده ترین اعضای آن ها رجوع می کنند: “ستاره” و “خط”. آن ها تداخل کوانتومی بین فوتونهای ارسال شده از دو منبع جفت فوتون روی تراشه را مشاهده نمودند، پایدار کننده های حالت ستاره و خط را شناسایی کردند، و ناموضعیت چند جانبه آنها را آزمودند. درنهایت، از استنتاج بیزین برای دسترسی به پارامترهای کلیدی دستگاه، تنها بر اساس داده های چهار فوتونی استفاده کردند.

منبع:

Adcock, J.C., Vigliar, C., Santagati, R. et al. Programmable four-photon graph states on a silicon chip. Nat Commun 10, 3528 (2019)

doi:10.1038/s41467-019-11489-y

تاریخ انتشار مقاله:

6 آگوست 2019

گردآوری:

دکتر داود طاهری نیا

ویرایش:

مهندس بابک احمدی

[1] Bayesian

برچسب ها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

همچنین ببینید

بستن
دکمه بازگشت به بالا
بستن