单量子位门


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一般来说无论是打开状态或关闭状态与能力一样难以实现在两者之间切换 , 在工程中 , 一个可伸缩的量子计算机计算机架构 , 这些冲突往往得到技术的帮助量子通信;迪文森佐引入了额外的标准与将静止的量子位转换为“飞行”的能力有关量子比特 , 比如光子 。 量子通信允许小型量子计算机被连接在一起 , 来制造更大的计算机允许将专门的测量硬件放置在较远的地方灵敏的量子记忆 , 使之更容易实现大多数方案需要强量子位连通性来容错 。



真正建造量子计算机的核心挑战是保持同时控制量子系统的能力 , 对它们进行测量 , 并保持它们与联合国控制的环境部分的强烈隔离 。 在接下来的章节中 , 我们介绍了目前研究人员正在使用来应对这一挑战的各种技术 。 光子将量子比特作为光子的偏振态来实现是很有吸引力的因为光子相对来说不受困扰的退相干其他的量子系统 。 偏振旋转可以使用双折射材料制成的“波板”很容易做到 。



但是 , 实现了需要的交互光子用于通用多量子位控制是一个主要障碍 。 必要的相互作用似乎需要光学非线性比传统的非线性介质更强 , 并且最初 , 人们认为电磁诱导透明\u0002或由光学腔增强的原子-光子相互作用 。 一项突破被称为荷航方案表明 , 可伸缩的量子计算是可能只用单光子光源和探测器 , 而且线性光学电路 。 这个方案依赖于量子干涉辅助光子在分束器和单光子探测到诱导的交互 。



在过去的五年里荷兰航空公司的计划已经从数学证明的可能性转变为面向实际实现 , 用演示简单量子算法和理论发展大大减少了资源开销 。 这些发展雇佣集群态量子计算的思想 , 并且一直被证明 。 今天 , 努力集中在效率高的单光子探测器和源设备能在光子和芯片级波导量子电路 。 硅单光子探测器在室温下工作 , 效率70%;提高效率的工作正在进行中为了解决光子数 。



超导探测器像灵敏的温度计一样工作可以解析光子数 , 具有95%的效率和低噪音 , 但在100 mK和相对较慢 。 更快数百兆赫的纳米结构超导纳米线探测器具有很高的效率光子数分辨率 。 实现高效率单光子光源的一种方法是将目前常用的非线性光源进行多路发射光子 。 另一种选择是单一量子系统在一个光腔中 , 在跃迁过程中发射一个光子被激发到基态 。



可以实现腔体的鲁棒对准用固态的“人造原子” , 比如量子点可能含有钻石中的杂质 , 我们在下面讨论 。 作为这些腔量子电动力学系统可以改进提供确定性的光子-光子非线性 。 无论采用何种方法 , 用于光子源、探测器和非线性 , 光子损耗仍然是一个重大的挑战提供了基于物质的与退相干最接近的比较量子比特 。



【单量子位门】与去相干一样 , 损失可以由它处理高门槛技术 。 集成光栅波导器件的典型损耗值为0.1 cm. 当前的二氧化硅波引导电路 , 每逻辑门使用约1厘米 , 它的长度可以通过使用更高的电路来缩短折射率对比 。 光子量子的进展不仅支持光子量子位元 , 而且很可能受益其他类型的量子计算机硬件使用光子物质量子位之间的量子通讯 , 包括被困原子、量子点和固体掺杂剂 。

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