汎用光量子コンピュータの実現に向けた三次位相ゲートの研究

通用光量子计算机实现的三阶相位门研究

基本信息

批准号：
21J11615
负责人：
紺野峻矢
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

光量子コンピュータの実現に向けて、誤り耐性の実現が最大の課題である。誤り訂正を行うためには物理系の冗長性を用いて論理量子ビットを構成する必要がある。光の系において特に有力視されているのは振幅の連続量の自由度を用いて論理量子ビットをエンコードする手法である。しかし、この論理量子ビットとなる光の量子状態は未だ実験では生成されていなかった。本研究ではシュレディンガーの猫状態と呼ばれる量子状態を逐次干渉させることで論理量子ビットとなる光の状態を生成する理論提案に着目し、この第一段目の干渉実験を行うことで本提案手法の原理実証実験を行った。生成される量子状態は実験系のロスにより容易に量子性を失ってしまうため、本実験ではロスの少ない通信波長帯の光を用いた。まず光パラメトリック発振器を製作し、これを用いてスクイーズ光を生成した。スクイーズ光から1光子を引き去ることでシュレディンガーの猫状態を生成した。この猫状態を2つ準備し、50:50ビームスプリッタで干渉させた後に、一方を振幅測定してコンディショニングを行った。生成状態の検証のために6基底での振幅測定を行い、量子トモグラフィを行った。本実験では光子検出と振幅測定を合計して3か所のコンディショニングを行うため、状態生成のイベントレート低下が予想された。そこで光子検出の効率向上と生成される状態の広帯域化によりイベントレートを向上させた。生成された状態と論理量子ビットとなる状態とのフィデリティは約0.5であった。以上から論理量子ビットとなる光の状態を生成する原理実証実験に初成功した。

实现容错是实现光量子计算机的最大挑战。为了执行纠错，需要在物理系统中使用冗余来配置逻辑量子位。在光学系统中，一种被认为特别有前途的方法是使用连续幅度的自由度来编码逻辑量子位的方法。然而，成为这个逻辑量子位的光的量子态尚未通过实验产生。在这项研究中，我们重点研究了一种理论建议，即通过顺序干扰称为薛定谔猫态的量子态来生成成为逻辑量子位的光学态，并进行了原理验证实验。由于实验系统中产生的量子态很容易因损耗而失去其量子性质，因此在本实验中我们使用损耗较小的通信波段的光。首先，我们创建了一个光学参量振荡器并用它来产生挤压光。薛定谔的猫态是通过从挤压光中减去一个光子而创建的。我们准备了两种猫状态，使用 50:50 分束器相互干扰，然后测量一种猫状态的振幅进行调节。为了验证生成状态，我们在六个碱基中进行了幅度测量并进行了量子断层扫描。在该实验中，在三个位置进行调节，包括光子检测和振幅测量，因此预计状态生成的事件率会降低。因此，通过提高光子探测效率和加宽生成态能带来提高事件发生率。生成的状态和成为逻辑量子位的状态之间的保真度约为 0.5。综上所述，我们首次成功地进行了原理验证实验，生成了成为逻辑量子位的光态。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Palacky University(チェコ)

帕拉茨基大学（捷克）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Palacky University(チェコ)

帕拉茨基大学（捷克）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Non-Clifford gate on optical qubits by nonlinear feedforward

通过非线性前馈实现光学量子位的非克利福德门

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shunya Konno; Warit Asavanant; Kosuke Fukui; Atsushi Sakaguchi; Fumiya Hanamura; Petr Marek; Radim Filip; Jun
通讯作者：
Jun

Non-Clifford gate on optical qubits by nonlinear feedforward

通过非线性前馈实现光学量子位的非 Clifford 门

DOI：
10.1103/physrevresearch.3.043026
发表时间：
2021-03-19
期刊：
Physical Review Research
影响因子：
4.2
作者：
Shunya Konno;W. Asavanant;Kosuke Fukui;A. Sakaguchi;Fumiya Hanamura;P. Marek;R. Filip;J. Yoshikawa;A. Furusawa
通讯作者：
A. Furusawa

Palacky University(チェコ)

帕拉茨基大学（捷克）