1Trung tâm Thông tin & Phần mềm Lượng tử (UTS: QSI), Đại học Công nghệ Sydney, Sydney NSW, Úc
2Trung tâm Công nghệ Truyền thông & Tính toán Lượng tử, Trường Toán & Vật lý, Đại học Queensland, St Lucia QLD, Úc
Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.
Tóm tắt
Phát hiện và sửa lỗi là điều kiện tiên quyết cần thiết cho mọi kiến trúc điện toán lượng tử có thể mở rộng. Do tính không thể tránh khỏi của nhiễu vật lý không mong muốn trong các hệ lượng tử và xu hướng sai sót lan truyền khi quá trình tính toán diễn ra, kết quả tính toán có thể bị sai lệch đáng kể. Quan sát này được áp dụng bất kể lựa chọn triển khai vật lý. Trong bối cảnh xử lý thông tin lượng tử quang tử, gần đây đã có nhiều sự quan tâm đến điện toán lượng tử quang học tuyến tính $textit{thụ động}$, bao gồm lấy mẫu boson, vì mô hình này loại bỏ các yêu cầu đầy thách thức đối với việc chuyển tiếp nguồn cấp dữ liệu nhanh, chủ động điều khiển. Nghĩa là, theo định nghĩa, các hệ thống này là $textit{thụ động}$. Trong các trường hợp thông thường, kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi vốn là $textit{active}$, khiến chúng không tương thích với mô hình này, làm dấy lên nghi ngờ rằng các quy trình lỗi vật lý có thể là một trở ngại không thể vượt qua. Ở đây chúng tôi khám phá một kỹ thuật phát hiện lỗi quang tử, dựa trên mã hóa trạng thái W của qubit quang tử, hoàn toàn thụ động, dựa trên lựa chọn sau và tương thích với các kiến trúc quang tử ngắn hạn được quan tâm này. Chúng tôi cho thấy rằng kỹ thuật mã hóa dự phòng trạng thái W này cho phép triệt tiêu nhiễu lệch pha trên các qubit quang tử thông qua các hoạt động kiểu phân tán đơn giản, được thực hiện bởi các mạng biến đổi Fourier quang học, ngày nay có thể dễ dàng nhận ra. Giao thức này ánh xạ hiệu quả nhiễu lệch pha thành lỗi báo trước, với xác suất lỗi bằng XNUMX trong giới hạn không nhiễu lý tưởng. Chúng tôi trình bày sơ đồ của mình trong bối cảnh một qubit quang tử duy nhất đi qua kênh giao tiếp nhiễu hoặc kênh bộ nhớ lượng tử, chưa được khái quát hóa cho bối cảnh tổng quát hơn của tính toán lượng tử đầy đủ.
► Dữ liệu BibTeX
► Tài liệu tham khảo
[1] Scott Aaronson và Alex Arkhipov. Độ phức tạp tính toán của quang học tuyến tính. Trong Kỷ yếu của Hội nghị chuyên đề ACM thường niên lần thứ 11 về Lý thuyết máy tính, STOC '333, trang 2011, 10.1364. 2014/qim.1.qth2a.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1364 / qim.2014.qth1a.2
[2] Scott Aaronson và Alex Arkhipov. Lấy mẫu Boson không đồng đều. Thông tin và tính toán lượng tử, 14: 1383, 2014.
[3] Scott Aaronson và Daniel J. Brod. Lấy mẫu Boson với các photon bị mất Đánh giá vật lý A, 93, 2016. 10.1103/physreva.93.012335.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physreva.93.012335
[4] Alex Arkhipov. BosonSampling có khả năng chống lại các lỗi nhỏ trong ma trận mạng một cách mạnh mẽ. Đánh giá Vật lý A, 92, 2015. 10.1103/physreva.92.062326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physreva.92.062326
[5] Michael J. Bremner, Richard Jozsa và Dan J. Shepherd. Mô phỏng cổ điển về việc tính toán lượng tử đi lại ngụ ý sự sụp đổ của hệ thống phân cấp đa thức. Kỷ yếu của Hiệp hội Hoàng gia A: Khoa học Toán học, Vật lý và Kỹ thuật, 467: 459, 2011. 10.1098/rspa.2010.0301.
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2010.0301
[6] Daniel E. Browne, Jens Eisert, Stefan Scheel và Martin B. Plenio. Điều khiển trạng thái không gaussian sang trạng thái gaussian bằng quang học tuyến tính. Tạp chí Vật lý A, 67, 2003. 10.1103/physreva.67.062320.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physreva.67.062320
[7] LM Duan, Mikhail D. Lukin, J. Ignacio Cirac và Peter Zoller. Giao tiếp lượng tử đường dài với các quần thể nguyên tử và quang học tuyến tính. Thiên nhiên, 414: 413, 2001. 10.1038/35106500.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35106500
[8] Wolfgang Dür, Guifre Vidal và J. Ignacio Cirac. Ba qubit có thể bị vướng vào hai cách không tương đương nhau. Đánh giá vật lý A, 62: 062314, 2000. 10.1103/physreva.62.062314.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physreva.62.062314
[9] Jens Eisert, Stefan Scheel và Martin B. Plenio. Việc chắt lọc các trạng thái gaussian bằng các phép toán gaussian là không thể. Thư Đánh giá Vật lý, 89: 137903, 2002. 10.1103/physrevlett.89.137903.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physrevlett.89.137903
[10] Fabian Ewert và Peter van Loock. Giao tiếp lượng tử đường dài có khả năng chịu lỗi cực nhanh với quang học tuyến tính tĩnh. Vật lý. Rev. A, 95: 012327, tháng 2017 năm 10.1103. 95.012327/PhysRevA.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.012327
[11] Nicolas Gisin, Noah Linden, Serge Massar và S Popescu. Lọc lỗi và lọc vướng víu cho truyền thông lượng tử. Tạp chí Vật lý A, 72: 012338, 2005. 10.1103/physreva.72.012338.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physreva.72.012338
[12] Aram W. Harrow và Ashley Montanaro. Ưu thế tính toán lượng tử. Thiên nhiên, 549: 203, 2017. 10.1038/nature23458.
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên23458
[13] YuXiao Jiang, PengLiang Guo, ChengYan Gao, HaiBo Wang, Faris Alzahrani, Aatef Hobiny và FuGuo Deng. Truyền qubit quang tử tự loại bỏ lỗi ở chế độ không gian phân cực với các phần tử quang tuyến tính. Khoa học Trung Quốc Vật lý, Cơ học & Thiên văn học, 60: 120312, 2017. 10.1007/s11433-017-9091-0.
https://doi.org/10.1007/s11433-017-9091-0
[14] Gil Kalai và Guy Kindler. Độ nhạy tiếng ồn Gaussian và Lấy mẫu Boson, 2014. https:///arxiv.org/abs/1409.3093.
arXiv: 1409.3093
[15] Emanuel Knill, Raymond Laflamme và Gerald Milburn. Một sơ đồ tính toán lượng tử hiệu quả với quang học tuyến tính. Thiên nhiên, 409: 46, 2001. 10.1038/35051009.
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35051009
[16] Anthony Leverrier và Raúl García-Patrón. Phân tích sự không hoàn hảo của mạch trong lấy mẫu boson. Thông tin và tính toán lượng tử, 15: 489, 2015. ISSN 1533.
[17] Xi-Han Li, Fu-Guo Đặng và Hong-Yu Chu. Truyền qubit trung thực chống lại tiếng ồn tập thể mà không có qubit phụ trợ. Thư Vật lý Ứng dụng, 91: 144101, 2007. 10.1063/1.2794433.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.2794433
[18] Austin P. Lund, Michael J. Bremner và Timothy C. Ralph. Các vấn đề lấy mẫu lượng tử, lấy mẫu boson và ưu thế lượng tử. Thông tin lượng tử NPJ, 3: 15, 2017. 10.1038/s41534-017-0018-2.
https://doi.org/10.1038/s41534-017-0018-2
[19] Ryan J. Marshman, Austin P. Lund, Peter P. Rohde và Timothy Cameron Ralph. Sửa lỗi lượng tử thụ động của mạng quang tuyến tính thông qua tính trung bình lỗi. Đánh giá Vật lý A, 97: 22324, 2018. 10.1103/PhysRevA.97.022324.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022324
[20] Michael A. Nielsen và Isaac L. Chuang. Tính toán lượng tử và thông tin lượng tử. Nhà xuất bản Đại học Cambridge, Cambridge, 2000. 10.1017/cbo9780511976667.
https: / â € trận / â € trận doi.org/â $$$ 10.1017 / â € bo cbo9780511976667
[21] John Preskill. Tính toán lượng tử chịu lỗi, chương 8, trang 213. World Scientific, 1998. 10.1142/9789812385253_0008.
https: / / doi.org/ 10.1142 / IDIA9789812385253_0008
[22] Saleh Rahimi-Keshari, Timothy C. Ralph và Carlton M. Caves. Các điều kiện đủ để mô phỏng cổ điển hiệu quả của quang học lượng tử. Đánh giá Vật lý X, 6: 21039, 2016. 10.1103/PhysRevX.6.021039.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.021039
[23] Timothy C. Ralph và Austin P. Lund. Khuếch đại tuyến tính không ồn ào không xác định của các hệ lượng tử. Trong Kỷ yếu Hội nghị AIP. AIP, 2009. 10.1063/1.3131295.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3131295
[24] R. Raussendorf và HJ Briegel. Một máy tính lượng tử một chiều. Thư đánh giá vật lý, 86: 5188, 2001. 10.1103/physrevlett.86.5188.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physrevlett.86.5188
[25] R. Raussendorf, DE Browne và HJ Briegel. Tính toán lượng tử dựa trên phép đo trên các trạng thái cụm. Tạp chí Vật lý A, 68: 022312, 2003. 10.1103/physreva.68.022312.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physreva.68.022312
[26] Peter P. Rohde và Timothy C. Ralph. Các mô hình lỗi về chế độ không khớp trong điện toán lượng tử quang học tuyến tính. Tạp chí Vật lý A, 73: 062312, 2006. 10.1103/physreva.73.062312.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physreva.73.062312
[27] Peter P. Rohde và Timothy C. Ralph. Khả năng chịu lỗi của mô hình lấy mẫu boson cho điện toán lượng tử quang học tuyến tính. Đánh giá vật lý A, 85: 022332, 2012. 10.1103/physreva.85.022332.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physreva.85.022332
[28] VS Shchesnovich. Điều kiện đủ cho chế độ không khớp của các photon đơn lẻ đối với khả năng mở rộng của máy tính lấy mẫu boson. Đánh giá Vật lý A, 89, 2014. 10.1103/PhysRevA.89.022333.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.022333
[29] Dan Shepherd và Michael J. Bremner. Tính toán lượng tử không có cấu trúc tạm thời. Kỷ yếu của Hiệp hội Hoàng gia A: Khoa học Toán học, Vật lý và Kỹ thuật, 465: 1413, 2009. 10.1098/rspa.2008.0443.
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2008.0443
[30] Peter W. Shor. Sơ đồ giảm sự mất kết hợp trong bộ nhớ máy tính lượng tử. Đánh giá vật lý A, 52: R2493, 1995. 10.1103/physreva.52.r2493.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physreva.52.r2493
[31] Peter W. Shor. Tính toán lượng tử có khả năng chịu lỗi. Trong Hội nghị chuyên đề lần thứ 37 về Cơ sở tính toán, trang 56. Nhà xuất bản Hiệp hội Máy tính IEEE, 1996. 10.1007/978-1-4939-2864-4_143.
https://doi.org/10.1007/978-1-4939-2864-4_143
[32] Malte C. Tichy. Lấy mẫu các boson có thể phân biệt một phần và mối quan hệ với vĩnh viễn đa chiều. Đánh giá Vật lý A, 91, 2015. 10.1103/PhysRevA.91.022316.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.022316
[33] Nathan Walk, Austin P. Lund và Timothy C. Ralph. Khuếch đại không nhiễu không xác định thông qua các phép biến đổi không gian pha không đối xứng. Tạp chí Vật lý mới, 15: 73014, 2013. 10.1088/1367-2630/15/7/073014.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/15/7/073014
[34] GY Xiang, Timothy C. Ralph, Austin P. Lund, Nathan Walk và Geoff J. Pryde. Báo trước sự khuếch đại tuyến tính không ồn ào và sự chắt lọc của sự vướng víu. Nature Photonics, 4: 316, 2010. 10.1038/nphoton.2010.35.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2010.35
[35] Anton Zeilinger, Michael A. Horne và DM Greenberger. Công bố KHÔNG. 3135. Trong Hội nghị NASA, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia, Mã NTT, 1997.
Trích dẫn
Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.
Nguồn: https://quantum-journal.org/ con / q-2020 / 08-03-303 /
