Adiabatic two-photon quantum gate operations using a long-range photonic bus
绝热技术具有很大的潜力，以实现实用和鲁棒的光波导器件。传统上，光子元件限于依赖于与最近相邻元件的接近度的耦合方案。我们结合绝热通道与连续的远程光学总线，打破这种拓扑限制，从而勾勒出一个新的方法来光子量子门设计。我们明确显示绝热量子门，产生一个阿达玛，50：50和1/3：2/3分束器，和非确定性CNOT门的基础上平面薄，浅脊波导的设计。我们的计算是在单光子和双光子输入的条件下进行的。
2014-12-01 quant-ph
A proposal for the implementation of quantum gates with photonic-crystal coupled cavity waveguides
量子计算机需要的技术既能对相干量子现象提供足够的控制，又能将与环境的虚假相互作用降到最低。我们表明，光子局限于光子晶体，特别是高效的波导形成的线性链的缺陷掺杂原子可以产生强的非线性相互作用，允许实现单和两个量子位量子门。门开关机制的简单性、制作二维光子晶体结构的实验可行性以及这种器件与光电子学的可集成性为光学量子信息处理网络提供了新的有趣的可能性。
2007-04-12 quant-ph
Photonic Controlled-Phase Gates Through Rydberg Blockade in Optical Cavities
提出了一种利用原子系综里德伯阻塞实现高保真光子控制相位门的新方案。门操作是通过首先将光子脉冲存储在系综中，然后从腔散射第二脉冲来获得的，导致相位变化取决于第一脉冲是否包含单个光子。我们表明，里德堡封锁和光学腔的结合有效地增强了强里德堡相互作用产生的光学非线性，从而降低了对光子量子门的要求。由此产生的门可以用中等精细度的腔来实现，这允许对光子中编码的量子信息进行高效处理。作为一个特殊的例子，我们展示了如何使用门来提高基于原子系综的量子中继器的通信速率。
2015-09-15 quant-ph
Deterministic and cascadable conditional phase gate for photonic qubits
先前对用于光子量子比特的处理因果多模量子场设置中的交叉相位调制（XPM）的条件相位门的分析表明，大的（~πrad）非线性相移总是伴随着降低纯度的噪声[J. H. Shapiro，Phys.Rev.A73，062305（2006）; J. Gea-Banacloche，Phys.Rev.A81，043823（2010）]。使用原子V-系统模型的XPM介质，我们提出了一个条件相位门，足够小的非零相位，具有高保真度。该门是通过使用一种特殊的测量，主模投影，利用量子芝诺效应，并排除累积的结晶度退化偏离主模希尔伯特空间时，控制和目标光子照射门。
2012-02-29 quant-ph
Hybrid quantum gate and entanglement between a "stationary" photonic qubit and a flying optical state via a giant cross Kerr nonlinear effect
基于离散变量和连续变量的混合协议的量子信息处理由于其在可扩展量子计算机和远程量子网络中的应用前景而受到广泛关注。通过在两个腔之间引入一个巨大的交叉克尔非线性效应，我们提出了一个在静止的离散光子比特和飞行的光子态之间实现高保真度的混合量子门和量子纠缠的一般方案.有趣的是，我们的协议可以用来进行一个受控的Z量子门之间的一个静态的微波光子存储在一个缓慢衰减的微波腔和一个飞行的光学光子，从而使远程超导量子线路的量子网络。
2016-10-11 quant-ph
Efficient Fusion of Photonic W-states with Nonunitary Partial-swap Gates
我们引入了一种非幺正的部分交换门，在没有辅助光子的情况下，有效地将任意小尺寸的光子W态融合到大尺寸的W态纠缠网络中。在基于线性光学元件的光学架构中设计了部分交换门。通过引入辅助自由度，该门以较小的代价提供了较高的成功概率。我们的实现可以创建一个更大的目标状态与一个简单的设置比以前的建议W-状态融合。此外，所有“垃圾”状态都是可回收的，即，在我们的方案中原则上不存在完全故障输出。
2020-11-23 quant-ph
Understanding photonic quantum-logic gates: The road to fault tolerance
容错量子计算需要尽管存在错误也能正确工作的门，并且如果每个门的错误概率低于阈值，则是可缩放的。到目前为止，还没有描述用于从门上的测量来计算该概率的方法。在这里，我们介绍了一种技术，使量化基准的量子逻辑门对任何架构的容错阈值。我们证明我们的技术实验使用光子纠缠门。实验误差和它们的量子逻辑效应之间的关系是不平凡的：揭示这种关系需要一个全面的量子逻辑门理论模型。我们展示了任何架构的第一个这样的模型，并发现多光子发射-以前被认为是次要的模式不匹配的一个小的影响-是逻辑错误的主要来源。我们表明，减少这将使光子量子计算在容错的打击距离内。
2008-08-06 quant-ph
Universal hyperparallel hybrid photonic quantum gates with dipole-induced transparency in the weak-coupling regime
研究了金刚石氮空位中心在双波导耦合光子晶体腔中的偶极诱导透明（DIT）现象，发现即使在坏腔区（Purcell区），耦合腔和非耦合腔对圆偏振光的反射率和透射率也存在明显的差异.利用该DIT，我们提出了两个通用的超并行混合光子量子逻辑门，包括一个混合超控制非门和一个混合超Toffoli门，它们分别在光子系统的偏振和空间模式自由度上工作，相当于两个相同的量子逻辑门在一个自由度上同时工作.在多自由度多比特系统的量子信息协议中，它们可以用较少的资源完成更多的量子操作，从而降低资源消耗和光子损耗。此外，在弱耦合区，它们对非对称环境噪声的鲁棒性比在一个自由度中集成两个级联的量子逻辑门更好。
2015-04-01 quant-ph
Deterministic entangling gates with nonlinear quantum photonic interferometers
针对线性光子量子计算的概率性局限，本文提出利用弱非线性干涉元件串联构造通用单、双量子比特门，理论上可实现保真度接近100%的确定性纠缠门。
2023-06-08 quant-ph
An unconventional geometric phase gate with two nonresonant quantum dots trapped in a photonic crystal cavity
提出了一种利用光子晶体腔中的两个非共振量子点通过非常规几何相位实现双量子比特控制相位门的方案。在该系统中，量子点同时与大失谐腔模和强驱动经典光场相互作用。在门操作期间，量子点不经历跃迁，而腔模式沿着相空间中的闭合路径移位。以这种方式，系统可以获得以量子点的状态为条件的几何相位。在实现单量子比特操作之后，可以构造双量子比特控制的相位门。
2011-06-23 quant-ph
Imperfect Linear Optical Photonic Gates with Number-Resolving Photodetection
我们使用Uskov等人的数值优化技术[PRA 81，012303（2010）]来研究KLM风格[Nature 409，46（2001）]两个和三个量子比特纠缠门的成功率的行为。该方法首先证明在完美的保真度，然后扩展到不完美的门。我们发现，作为完美的保真度条件放宽，最大可达到的成功率增加，在一个可预测的方式取决于系统的大小，我们比较了几个门的增长率。
2011-05-21 quant-ph
Passive, deterministic photonic CPHASE gate via two-level systems
我们证明了一组相同的两能级系统与一维波导耦合的损耗耦合能够实现对量子逻辑有用的高保真度条件相移。我们提出了两种安排的发射器（一个依赖于发射器之间的直接相互作用，和一个不），并描述了可能的物理实现和限制。
2018-07-19 quant-ph
Robust photonic quantum gates with large number of waveguide segments
本研究通过数值模拟分析多段波导几何设计对光子量子门保真度与功率损耗的影响，发现增加段数可降低误差并呈现渐近标度，在硅和铌酸锂平台上验证了其鲁棒性与效率提升。
2025-01-18 quant-ph
Proposal of a two-qubit quantum phase gate for quantum photonic integrated circuits
提出了一种基于光子脉冲从腔中的量子点反射的双量子比特量子相位门方案。根据量子点的状态，反射的光子获得有条件的相移。关键成分是通过电场对量子点能量的超快控制，这允许将激子和双激子连续调谐到与腔模式共振。门的完整动态模拟揭示了约0.9的保真度。所提出的方案使用位置编码，因此非常适合在集成光子量子处理器中实现。
2012-07-20 quant-ph
Realization of a photonic CNOT gate sufficient for quantum computation
我们报告的第一个实验演示的量子控制非门不同的光子，这是经典的前馈。在实验中，我们仅使用线性光学、纠缠辅助光子对和后选择实现了这一目标。本实验所发展的技术对于利用线性光学进行量子信息处理具有重要意义。
2004-04-20 quant-ph
Chip-to-chip quantum photonic controlled-NOT gate teleportation
本文基于硅光子集成电路实现芯片间高保真度CNOT门隐形传送，在5米和1公里光纤互连下验证了远程量子门操控，为大规模实用化量子网络奠定基础。
2024-11-23 quant-ph
Implementation of a quantum controlled-SWAP gate with photonic circuits
量子信息科学研究信息的处理和传输如何受到独特的量子力学现象的影响。双量子比特门的组合已经被用来实现量子线路，然而，可扩展性成为一个关键问题。三量子比特门的使用可以极大地简化量子线路的结构。其中，受控交换（Fredkin）门是必不可少的，因为它们可以直接应用于重要的协议，例如，纠错、指纹识别和最佳克隆。在这里，我们报告的光子量子比特的Fredkin门的实现。对于3光子Greenberger-Horne-Zeilinger态，我们在计算基础上实现了0.85的保真度和0.81的输出态保真度。估计的过程保真度为0.77，表明我们的Fredkin门可以应用于各种量子任务。
2017-04-05 quant-ph
Creation of Entanglement and Implementation of Quantum Logic Gate Operations Using a Three-Dimensional Photonic Crystal Single-Mode Cavity
在偶极近似和行波近似下，求解了具有足够高品质因子的三维光子晶体单模腔的含时耦合Jaynes-Cummings哈密顿量.然后，我们利用这些结果来展示如何创建两个原子的最大纠缠态，以及如何实现几个量子逻辑门：双轨Hadamard门，双轨NOT门和SWAP门。所有这些操作中的原子都是同步的，这在PC中的先前研究中不是这样[1，2]。我们的方法有可能扩展到N原子纠缠，通用的量子逻辑操作，和其他有用的，腔QED的量子信息处理任务的实施。
2006-03-11 quant-ph
Efficient scheme for realizing a multiplex-controlled phase gate with photonic qubits in circuit quantum electrodynamics
基于电路量子电动力学（QED）理论，提出了一种利用多个光子量子比特同时控制一个目标光子量子比特实现多路控制相位门的有效方案。为了方便起见，我们将这种多量子比特门表示为MCP门。该门是通过使用两级耦合器耦合多个腔来实现的。这里的耦合器是一个超导量子比特。该方案很简单，因为门的实现仅需要\textit{one step}操作。此外，该方案是相当通用的，因为每个光子量子比特的两个逻辑状态可以用真空状态和任意非真空状态（例如，Fock态、Fock态的叠加、猫态或相干态等）。其与真空状态正交或准正交。该方案具有一些额外的优点：因为仅使用两级耦合器，即，不利用辅助能级，避免了来自耦合器的较高能级的退相干;门操作时间不依赖于量子比特的数量;并且由于不应用测量，所以确定性地实现门。作为一个例子，我们数值分析了基于电路QED的实验可行性，实现一个三量子比特MCP门与光子量子比特每个编码通过真空状态和猫状态。该方案可以应用于由多个微波或光腔耦合到一个二能级耦合器（如自然或人工原子）组成的广泛的物理系统中，以完成相同的任务。
2022-04-08 quant-ph
Deterministic CNOT gate and entanglement swapping for photonic qubits using a quantum-dot spin in a double-sided optical microcavity
提出了一种确定性和可扩展性的方案，利用量子点（QD）自旋在双面光学微腔中构造两量子比特的受控非（CNOT）门，实现光子量子比特之间的纠缠交换.该方案是基于自旋选择性光子从腔的反射，可以实现在一个非破坏性和预示的方式。我们评估该计划的可行性，并表明该计划可以在弱耦合和强耦合制度。该方案为长距离光量子通信和分布式量子信息处理开辟了广阔的前景。
2013-09-02 quant-ph
Demonstration of Controlled-Phase Gates between Two Error-Correctable Photonic Qubits
为了实现容错量子计算，需要将量子信息存储在具有纠错功能的逻辑量子比特中，通过在多个物理量子比特之间分配逻辑状态或通过在高维系统的希尔伯特空间中编码来实现。这些可纠错的逻辑量子比特之间的量子门操作对于实现任何实际的量子计算任务都是必不可少的，但还没有实验证明。在这里，我们展示了一种几何方法，实现控制相位门之间的两个逻辑量子比特编码的光子场存储在腔中。这些门是通过将辅助超导量子比特色散耦合到这些腔并驱动它根据腔的联合光子态进行循环演化来实现的，这产生了条件几何相位。我们首先实现了光子量子比特的相位门，其逻辑基态编码在两个准正交相干态中，这对基于连续变量的量子计算具有重要意义。然后，我们使用这种几何方法来实现两个二进制编码的逻辑量子比特之间的控制相位门，这具有纠错功能。
2020-03-26 quant-ph
Passive photonic CZ gate with two-level emitters in chiral multi-mode waveguide QED
本文提出利用二能级发射体阵列与手性多模波导的耦合，在极化激元本征态间诱导非线性π相移，从而实现高保真度的确定性无源光子条件门，并指出其可在拓扑光子平台等系统中实现。
2024-07-08 quant-ph
Programmable and sequential Gaussian gates in a loop-based single-mode photonic quantum processor
用于输入、处理和输出光量子态的量子处理器是实现各种光子量子信息处理的共同核心技术。然而，一直没有光子处理器，同时是通用的，可扩展的，和可编程的。在这里，我们报告了一个原始的基于环路的单模多功能光子量子处理器，该处理器被设计为通用的，可扩展的和可编程的。我们的处理器可以执行任意多个步骤的可编程量子操作上一个给定的单模光学量子态的时域处理中的动态控制的环路为基础的光路。我们使用这个处理器来演示可编程单模高斯门和多步压缩门。此外，我们证明了该处理器可以通过注入适当的辅助态来执行通用的量子操作，并且可以直接扩展到多模处理器。这些结果表明，我们的处理器是可编程的，可扩展的，并具有潜在的通用性，导致适合于通用应用。
2021-11-14 quant-ph
Exact gate decompositions for photonic quantum computing
我们提出了一种方法，连续变量的操作分解成一个通用的门集，而不使用任何近似。我们充分刻画了一组变换承认确切的分解，并描述了系统地获得它们的过程。承认这些分解的门可以精确地合成，使用比以前的方法小几个数量级的电路。我们的方法依赖于战略上使用酉共轭和引理的贝克-坎贝尔-豪斯多夫公式，以获得新的精确分解，从以前已知的，导致精确分解的一大类门。我们证明了这些精确的门分解的广泛适用性，通过确定几个量子算法和模拟的玻色子系统，可以实现更高的精度和更短的电路深度，使用我们的技术。
2018-11-26 quant-ph
Nanocrystals in silicon photonic crystal standing-wave cavities as spin-photon phase gates for quantum information processing
利用硅高Q光子晶体纳米腔，提出并研究了半导体光子晶体中静止电子自旋量子比特与飞行光子量子比特之间的相互作用.首先，我们首次引入、推导并证明了实现自旋光子双量子比特相位门的显式条件，并提出这些相互作用可以作为量子信息处理的广义量子接口。其次，我们研究了新颖的单自旋诱导反射作为我们的耦合纳米腔系统中的固有裸模和修饰模的直接证据。这种硅系统的良好物理集成为大规模量子信息处理提供了巨大的潜力。
2007-08-13 quant-ph
Generic Two-Qubit Photonic Gates Implemented by Number-Resolving Photodetection
我们结合数值优化技术[Uskov等人，Phys.Rev.A79，042326（2009）]，以获得通用线性光学KLM型双量子比特纠缠门的最佳实现。我们发现，虽然任何两个量子比特控制的U门，包括CNOT和CS，都可以只使用两个辅助资源来实现，成功概率S > 0.05，但一般的SU（4）操作需要三个未纠缠的辅助光子，成功概率S > 0.0063。具体来说，我们获得了接近0.0072的B门的最大成功概率。我们表明，一个通用的SU（4）门的单发实现提供了一个以上的数量级的成功概率和开销辅助资源减少两倍的数量级的增加相比，标准的三重CNOT和双B门分解。
2009-10-01 quant-ph
Supervised Learning by Chiral-Network-Based Photonic Quantum Computing
受益于发射体-光子-手征耦合实现的对单光子的良好控制，我们提出了一种新的潜在的光子-量子计算方案来执行监督学习任务。光子量子计算的门是通过适当设计的原子-光子-手征耦合来实现的。监督学习的量子算法是通过集成已实现的门来实现的，通过可调的门参数来实现。通过数值模拟回归和分类任务的性能证明了学习能力。
2022-03-31 quant-ph
Protocol for nearly deterministic parity projection on two photonic qubits
针对光子非破坏性宇称投影依赖高保真 Controlled-Z 门的实验难题，本文提出仅需稳定物质-光子 Controlled-Phase 门的双光子量子比特近确定性宇称投影协议，降低了实现要求。
2023-09-26 quant-ph
Deterministic photonic spatial-polarization hyper-controlled-not gate assisted by quantum dot inside one-side optical microcavity
量子逻辑门是量子计算的重要组成部分，迄今为止，所有关于构造量子逻辑门的工作都集中在量子系统的单自由度上。本文研究了基于两自由度量子系统实现可扩展光子量子计算的可能性，并构造了一个确定性的超受控量子系统（超CNOT）门同时在光子对的空间模式和偏振DOF上操作，通过利用单电子自旋在单量子点内的量子点中引起的巨大光学法拉第旋转，侧光学微腔作为腔量子电动力学的结果。利用这种超CNOT门和线性光学元件，可以制备和分析双光子四量子比特团簇纠缠态，为用较少的资源处理更多的信息提供了应用。我们分析了这种超CNOT门的实验可行性，并表明它可以实现与当前的技术。
2013-08-01 quant-ph
Simple realization of a hybrid controlled-controlled-Z gate with photonic control qubits encoded via eigenstates of the photon-number parity operator
提出利用两个微波腔耦合超导四能级系统，仅需基本操作即可实现光子量子比特控制超导目标比特的高保真混合CCZ门，并可生成多种混合GHZ态。
2023-06-04 quant-ph
One-step implementation of a multi-target-qubit controlled-phase gate with photonic qubits encoded via eigenstates of the photon-number parity operator
提出以光子数奇偶算符本征态编码光子量子比特，并借助耦合超导磁通三能级量子比特的多个微波腔单步实现可混合编码的多目标受控相位门，操作时间不随目标数增加且抑制退相干。
2023-06-04 quant-ph
Super controlled gates and controlled gates in two-qubit gate simulations
在双量子比特门模拟中，纠缠门与单量子比特门一起使用多次来模拟另一个双量子比特门。我们展示了双量子比特门的模拟功率与其镜像门的模拟功率之间的关系。我们证明了任意的双量子比特门可以通过三个超级受控门和单量子比特门的应用来模拟。我们还给出了门的集合，可以模拟的n个应用程序的受控门在一个建设性的方式。此外，我们给出了一些门，可以使用四次来模拟一个任意的两个量子比特门。
2004-07-15 quant-ph
Controlled teleportation via photonic Faraday rotations in low-Q cavities
本文提出了在低Q腔中利用光子法拉第旋转实现受控隐形传态协议的可行性实验方案。这些方案涉及叠加态的受控隐形传态和原子态的两粒子纠缠。这些信息被编码在三能级原子中，这些原子被光纤捕获在耦合腔中。同时，我们估计了这些方案的成功概率和当前的可行性。
2011-03-01 quant-ph
Machine learning method for state preparation and gate synthesis on photonic quantum computers
我们展示了如何使用机器学习和优化技术来找到光子量子计算机的电路，这些电路在输入和输出状态之间执行所需的转换。在最简单的情况下，一个单一的输入状态，我们的方法发现准备所需的量子态的电路。在几个输入和输出关系的更一般的情况下，我们的方法获得的电路，再现目标酉变换的动作。我们使用连续变量量子神经网络作为电路结构。该网络由多层具有可变参数的光闸组成，这些参数通过使用Strawberry Fields光子量子计算机模拟器的TensorFlow后端应用自动微分进行优化。我们通过学习如何使用短深度电路来合成单光子，Gottesman-Kitaev-Preskill状态，NOON状态，立方相位门，随机幺正，交叉克尔相互作用以及其他几种状态和门来展示我们方法的功能和多功能性。我们通常使用短深度电路（通常由几百个门组成）获得99%以上的高精度。通过简单地指定目标状态或门并运行优化算法来自动获得电路。
2018-07-27 quant-ph
Fault-tolerant multiqubit geometric entangling gates using photonic cat-state qubits
我们提出了一个理论协议来实现多量子位几何门（即，Mølmer-Sørensen门）使用光子猫态量子比特。这些猫态量子比特存储在高$Q$谐振器中，有望用于硬件高效的通用量子计算。具体地说，在强双光子驱动的限制下，猫态量子比特的相位翻转误差被有效地抑制，只留下一个比特翻转误差需要校正。由于这种占主导地位的错误与进化算子交换，我们的协议保留了错误的偏见，因此，可以降低纠错的码容量阈值。几何演化保证了协议对演化路径上随机噪声的鲁棒性。此外，通过在适当的时间改变腔-腔耦合的失谐，协议可以对参数缺陷（例如，总的演化时间），而不会向系统中引入额外的噪声。结果表明，该门可以在短时间内产生多模纠缠猫态，并具有较高的量子效率。
2022-09-02 quant-ph
Quantum Photonic Gates with Two-Dimensional Random Walkers
本文研究利用连续时间二维随机行走光子在硅介质中通过逆向设计实现高保真概率性量子门，提出C-NOT门和X门，并分析其空间关联性，推动线性光学量子计算的实用化。
2024-11-22 physics.optics quant-ph
Quantum gate for Q switching in monolithic photonic bandgap cavities containing two-level atoms
光子带隙腔是研究强耦合条件下光与物质相互作用的主要固态系统。然而，由于腔由周期性电介质图案的几何形状限定，单片结构中的腔控制可能是有问题的。因此，要么状态相干性受到读出通道的限制，要么在高Q腔中，它几乎与外部世界解耦，使得状态的测量极具挑战性。我们在这里提出了一种方法，用于改善这些困难，通过使用耦合腔的安排，其中一个腔作为一个开关的其他腔，通过控制原子跃迁调谐。
2005-11-11 quant-ph
Experimental realization of 7-qubit universal perfect controlled-NOT and controlled square-root NOT gates
受控非门和受控平方根非门在量子算法中起着重要的作用。本文报道了这两种通用量子逻辑门（受控平方根非门和受控非门）在7量子比特NMR量子计算机上的实验结果。进一步，我们提出了一种简单的实验方法来测量和校正受控相移门中的误差，这有助于在实验上构造更完美的相移门，也可以用于更多量子比特的离散傅里叶变换。
2001-09-12 quant-ph
Toward The Universal Quantum Cloner Limit For Designing Compact Photonic CNOT Gate
提出了一种基于量子点和通用克隆器的光子CNOT门的近确定性紧凑模型。我们的设计超过了克隆者的最佳限制5/6，我们表明，它提供了保真度约91%的弱耦合制度。
2019-06-15 physics.optics quant-ph
Photonic Quantum Computation with Waveguide-Linked Optical Cavities and Quantum Dots
提出了一种新的固态光子量子计算方案，将光腔中的光子作为量子比特来计算。量子门可以通过波导将腔与量子点耦合来实现。所提出的方案允许可编程和确定性的门操作和系统可以扩展到许多量子比特。
2011-01-18 quant-ph
Local expansion of photonic W state using a polarization dependent beamsplitter
我们提出了一种简单的概率光门来扩展偏振纠缠W态。该门使用一个偏振相关分束器和一个水平偏振的单光子作为辅助。栅极后选择性地将$N$ -光子W态扩展为$(N+1)$ -光子W态。考虑到现实的实验条件的可行性分析表明，该方案是在目前的量子光学技术的范围内。
2008-10-16 quant-ph
Computational advantage from quantum superposition of multiple temporal orders of photonic gates
最近，人们提出了基于量子叠加原理的电路连接量子计算模型。在那里，控制量子系统可以相干地确定目标量子系统经历$N$门操作的顺序。这个过程被称为量子$N$ -开关，是几个信息处理任务的资源。特别是，它提供了一个计算优势-固定门阶量子线路-相位估计问题，涉及$N$未知的酉门。然而，相应的算法需要一个实验上不可行的目标系统尺寸（超）指数在$N$。在这里，我们介绍了一个承诺的问题，量子$N$开关给出了一个等效的计算速度与目标系统的尺寸小到2，无论$N$。我们使用最先进的多芯光纤技术，实验证明量子$N$开关与$N=4$门作用于光子偏振量子比特。这是第一次观察到的量子叠加超过$N=2$时间顺序，证明其有效的相位估计的有用性。
2021-02-09 quant-ph
Phase-controlled integrated photonic quantum circuits
可扩展的光子量子技术基于多个嵌套干涉仪。为了实现这种架构，需要集成光学结构来确保稳定、可控和可重复的操作。在这里，我们展示了一个关键的证明的原则演示的外部控制的光子量子线路的基础上紫外光写入波导技术。特别是，我们提出的非经典干涉的光子对的马赫-曾德尔干涉仪与X耦合器在集成光路中的热光移相器的干涉仪臂之一。
2009-09-23 quant-ph
Engineering integrated photonics for heralded quantum gates
按比例放大线性光学量子计算将需要多光子门，其紧凑、相位稳定、表现出优异的量子干涉，并且通过检测辅助光子而取得成功。我们调查的最佳已知的门设计，满足这些要求的实施：Knill控制的Z门，实现在集成激光写入波导阵列。我们表明，器件性能是更敏感的耦合器反射率的小偏差，所产生的公差值的制造方法，比在电路中的相位变化。模式保真度也被证明是不敏感的反射率和相位误差比工艺保真度。我们最好的器件在理想的4x 4酉电路中实现了0.931+/-0.001的保真度，在理想的计算基础工艺中实现了0.680+/-0.005的工艺保真度。
2015-02-11 quant-ph
Modal and Polarization Qubits in Ti:LiNbO$_3$ Photonic Circuits for a Universal Quantum Logic Gate
锂酸盐光子电路具有允许在单个芯片上容纳光子的产生、传输和处理的有益特性。像这样的紧凑型光子电路，具有集成在单个芯片上的多个组件，对于有效地实现量子信息处理方案至关重要。我们提出了一套基本的变换，是有用的操纵模式量子比特在Ti：铌酸锂$_3$光子量子线路。这些包括模式分析器，一种将状态的偶数和奇数分量分成两个单独的空间路径的设备;模式旋转器，它在模式空间中旋转状态一个角度;和模态泡利自旋算子，影响相关的操作。我们还描述了一个确定性的，双量子位，单光子，CNOT门，在某些通用量子逻辑门的关键元素的设计。它被实现为Ti：LiNbO $_3$光子量子线路，其中单个光子的偏振和模式数分别用作控制和目标量子比特。结果表明，在CNOT电路中增加一条额外的路径，可以有效地消除色散对CNOT电路的影响，并通过数值仿真验证了这些元件的性能。这些变换的实现依赖于单模和双模波导之间的选择性和可控的功率耦合，以及铌酸锂$_3$中普克尔斯系数的偏振灵敏度。
2010-09-22 quant-ph
Quantum computation with Kerr-nonlinear photonic crystals
在本文中，我们考虑了一种实现量子逻辑门的方法，光子的波函数在一维克尔非线性光子晶体中传播。光子晶体通过其介质材料的周期性结构使入射光子发生布拉格反射，形成光子能带结构，即光色散关系。该色散关系降低了光子的波函数的群速度，从而增强了光子的非线性相互作用。（然而，由于群速度相对于波矢的变化非常陡峭，我们必须精确地调整注入光子的波长。）如果光子晶体包括克尔介质层，我们可以有效地将入射光子的波函数的相位旋转大角度。我们表明，我们可以构造由Knill，Laflamme，和Milburn（KLM）提出的非线性符号移位（NS）门。因此，我们可以构造两个量子比特的条件符号翻转门，这对量子计算至关重要。我们的NS门工程与概率统一的原则，而KLM的原始之一是一个不确定性的门检测的辅助光子的条件。
2007-12-22 quant-ph
Photonic CZ gates based on few-photon scattering from emitter-cavity systems
School of Mathematical and Physical Sciences, University of Sheffield（谢菲尔德大学数学与物理科学学院）
本文分析基于发射器-腔系统的光子CZ门性能，发现单双光子波包形状优化存在权衡，导致平均保真度限制在约60%。
2026-09-23 quant-ph
Scalable photonic quantum computing assisted by quantum-dot spin in double-sided optical microcavity
研究了利用腔量子电动力学的结果，在双面光学微腔中由量子点自旋引起的巨光学圆双折射实现可扩展光子量子计算的可能性.通过两个单光子输入-输出过程，在两个光子量子比特上构造了一个确定性的受控非门，并在光学谐振微腔中的电子介质自旋上读出。这一思想可以应用于光子量子比特上的多量子比特门，并给出了三光子Toffoli门的量子线路。当侧漏对腔体的损失率较低时，可以实现高的结晶度和高的效率。值得指出的是，我们的设备工作在强和弱耦合制度。
2013-07-18 quant-ph
Reconfigurable controlled two-qubit operation on a quantum photonic chip
集成量子光子学是量子信息处理、量子通信和量子精密测量的理想平台。在所有这些应用中，不仅需要能够创建和检测光的福克态，而且还需要对实现某些期望的逻辑操作的光子电路进行编程。在这里，我们展示了一个可重构的控制两个量子比特操作的芯片上使用的多波导干涉仪与可调移相器。我们发现理论和实验之间的良好协议，与0.98 \pm 0.02之间的平均相似性测量和理想的操作。
2012-05-19 quant-ph
Nonadiabatic holonomic multiqubit controlled gates
以前的非绝热完整量子计算方案主要集中在实现一组通用的基本门。多量子比特控制门可以通过将它们分解为一系列通用门来构建。本文提出了一种实现非绝热完整多量子比特控制门的方法，其中$(n+1)$ -量子比特控制的$(\boldsymbol{\mathrm{n}\cdot \mathrmσ})$门由$(2n-1)$基本操作实现，而不是将其分解为通用门，而$(n+1)$ -量子比特控制的任意旋转门仅由两个这样的控制的$(\boldsymbol{\mathrm{n}\cdot \mathrmσ})$门组合而成.我们的方案大大减少了非绝热完整量子计算的操作。
2019-12-20 quant-ph
Experimental implementation of optimal linear-optical controlled-unitary gates
我们表明，这是可能的，以减少两个量子比特门的数量所需的任意控制酉变换的建设高达两倍，使用可调控制相位门。在线性光学平台上，两个量子比特门只能概率地实现，我们的方法显着减少了组件的数量，并增加了两个量子比特门的成功概率。本文提出的控制单量子比特幺正门技术的实验实现表明，只需要一个可调控制相位门，而不是两个标准的控制非门。因此，我们不仅将成功概率提高了大约一个数量级（使用相同的资源），而且还避免了进行量子非破坏测量的需要，否则需要连接两个概率门。随后，我们将我们的方法推广到更高的顺序，表明可以通过用可调控制相位门替换控制非门块来优化n次控制门。
2014-10-16 quant-ph
Photonic two-qubit parity gate with tiny cross-Kerr nonlinearity
交叉克尔非线性（XKNL）效应可以诱导有效的光子相互作用，原则上，光子多量子比特门可以使用比线性光学方案少得多的物理资源来实现。不幸的是，产生巨大的交叉克尔非线性是非常具有挑战性的。近年来，已经做出了很多努力来通过弱XKNL实现多量子比特门。然而，所需的非线性强度仍然难以在实验中实现。我们在这里提出了一个基于XKNL的方案，用于实现双光子偏振奇偶校验门，一个通用的两量子比特门，其中所需的非线性强度可以比以前的方案所需的强度弱几个数量级。该方案利用一个环形腔作为量子信息总线，与两个偏振光子（量子比特）的路径模相互作用。XKNL效应使得总线拾取取决于路径模式的光子数的相移。即使当潜在的相移是非常小的，他们可以有效地测量使用光子数分辨探测器，这说明了这样一个事实，即我们的计划可以工作在微小的XKNL制度。测量结果揭示了两个极化量子比特的奇偶性（偶奇偶性或奇奇偶性）。
2012-05-30 quant-ph
Optimal Realizations of Controlled Unitary Gates
受控非门和单量子比特门被认为是量子计算中的基本门。人们自然会问，要实现更复杂的门或电路，需要多少这样的基本门。回想一下，受控U门可以用两个受控非门和四个单量子位门来实现。我们证明了这种实现是最优的，当且仅当矩阵U满足条件tr U！= 0，tr UX！= 0，det U！= 1.我们还得到了最佳的实现在非通用的情况下。
2002-07-27 quant-ph
Gate-based emulation of boson sampling using photonic qubits
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
本文提出一种将多量子比特态编码为玻色福克态的可扩展量子电路框架，在四量子比特门基光子量子比特系统上实验实现了四模式玻色采样模拟，可用于解决门基量子计算机上的采样复杂性问题。
2026-08-11 quant-ph
