Complexity Theory and its Applications in Linear Quantum Optics
这篇论文的部分目的是总结，并有助于被动线性光学的最新发展，直接或间接地，从有点令人震惊的发现，在2010年，玻色子采样问题可能是很难用经典的计算机来模拟。在这样做的时候，我希望为最初的结果提供一个历史背景，以及对这些新发展所衍生的技术未来的展望。每一节都强调提供一个更广泛的概念框架，以便根据其他结果理解每一项结果的后果。这一框架的目的是使人们即使不深入了解专题本身也能理解。前三章更密切地关注BosonSampling结果本身，试图了解无源线性光网络的计算复杂性方面，以及这可能产生的后果。一些努力花在讨论一些固有的问题，限制其适用范围的玻色子采样问题，仍然是活跃的研究课题。最后，我们描述了其他两个线性光学设置，继承了相同的复杂性玻色子采样。最后几章集中在如何一个直观的理解玻色子采样导致光学计量学和其他密切相关的领域的发展。这些发展表明，量子传感器在未来几年内可能是可行的，技术上只有微小的改进。最后，提出了一些开放的问题，其目的是为未来的研究，将允许在这些章节中开发的架构的可扩展性的一个更完整的图片奠定了基础。
2016-07-11 quant-ph
BosonSampling Is Far From Uniform
我们在三年前提出的BosonSampling是一种使用线性光学网络来解决采样问题的方案，这些问题对于经典计算机来说似乎是难以解决的。在arXiv：1306.3995中，Gogolin等人声称，即使是一个理想的玻色子采样设备的输出也将与一个统一的随机结果“操作上无法区分”，至少“没有详细的先验知识”;或者无论如何，区分两者本身可能是一个难题。我们首先回答这些要求-解释为什么第一个是基于“先验知识”的定义如此奇怪，如果它被采用，几乎没有量子算法可以从一个纯粹的随机数源中区分出来;而第二个既不是新的，也不是有趣的玻色子采样实验的实际障碍。然而，我们然后走得更远，并解决一些有趣的研究问题的启发Gogolin等人。的错误论点。证明了在Haar-随机矩阵A上，A诱导的BosonSampling分布在全变差距离上以高概率远离均匀分布.更令人惊讶的是，直接与Gogolin等人相反，我们给出了一个有效的算法，区分这两个分布与常数偏置。最后，我们提供了三个关于玻色子采样的“奖金”结果。首先，我们报告费尔南多Brandao的观察：一个可以有效地采样的分布，具有大熵，这是无法区分的任何电路的固定多项式大小的BosonSampling分布。其次，我们表明，玻色子采样分布可以有效地区分均匀，即使光子损失和一般的初始状态。第三，我们提供了已知的最简单的证明，FermionSampling在经典多项式时间内是可解…
2013-10-01 cs.CC quant-ph
BosonSampling with Lost Photons
玻色子采样是量子计算的中间模型，其中线性光学网络用于解决传统计算机难以解决的采样问题。由于这些设备预计不会通用于量子计算，因此是否可以将任何纠错技术应用于它们仍然是一个悬而未决的问题，因此研究模型在自然实验缺陷下的鲁棒性非常重要，例如损失和参数控制不完善。在这里，我们调查的复杂性玻色子采样下的光子损失-更具体地说，一个未知的子集的光子随机丢失的源的情况下。我们表明，如果$k$的$n$光子丢失，那么我们不能从一个分布，是$1/n^{Θ(k)}$ -接近（在总变化距离）的理想分布的经典采样，除非一个$\text{BPP}^{\text{NP}}$机器可以估计永久的高斯矩阵在$n^{O(k)}$的时间。特别地，如果$k$是常数，这意味着在与用于原始无损情况的完全相同的复杂性假设下，模拟有损玻色子采样对于经典计算机是困难的。
2015-11-02 cs.CC quant-ph
Complexity-theoretic foundations of BosonSampling with a linear number of modes
针对 BosonSampling 实验在线性模式数的饱和区域缺乏复杂性理论支撑的问题，本文提出对行重复和相关矩阵分布稳健的积和式新最坏到平均情形归约，并将困难性证据扩展至 Gaussian BosonSampling。
2025-03-19 cs.CC quant-ph
The Computational Power of Non-interacting Particles
摘要：在这篇论文中，我研究了与自由全同粒子有关的两个限制性量子计算模型。自由费米子对应于一组称为匹配门的双量子比特门。匹配门在作用于路径上最近的邻居时是经典的可模拟的，但是在作用于远距离量子比特或SWAP门可用时，对于量子计算是通用的。我用两种方式推广这些结果。首先，我证明了SWAP只是将匹配门提升到量子普适性的一大家族中的一个。事实上，我证明了所有匹配门加上任何非匹配门奇偶保持双量子位门的集合是普适的，并根据双量子位门的局部不变量解释了这一事实。第二，我调查的权力匹配门在任意连通图，显示他们是普遍的任何连接图以外的路径或循环，和经典的模拟循环。我也证明了同样的二分法的XY相互作用。自由玻色子产生了一个称为玻色子采样的模型。玻色子采样包括（i）准备n个光子的Fock态，（ii）在m模线性干涉仪中干涉这些光子，以及（iii）在Fock基中测量输出。在合理的复杂性假设下，从结果分布中近似抽样应该是经典困难的。在这里，我表明，准确的玻色子采样仍然很难，即使线性光学电路具有恒定的深度。我还报告了几个实验中观察到的三光子干涉集成干涉仪的各种大小，提供了一些第一次实现玻色子采样在这个制度。实验还着重于玻色聚束行为和验证玻色采样设备。本论文包含对实验数据进行的数值分析的描述，从相应的出版物中省略。
2014-12-24 quant-ph
Boson Sampling is Robust to Small Errors in the Network Matrix
我们证明了BosonSampling对线性光网络中的缺陷的鲁棒性，这些缺陷导致它实现的矩阵中的小偏差。我们表明，应用一个嘈杂的矩阵$\tilde{U}$，这是在$ε$的期望矩阵$U$在运营商规范导致输出分布，这是在$εn$的期望分布的变化距离，其中$n$是光子的数量。这使我们能够推导出网络中每个分束器和移相器的足够容差。该结果仅考虑了由网络编码不同于期望的酉单位而导致的误差，而没有考虑其他噪声源，例如光子损失和部分可重复性。
2014-12-08 quant-ph
Assessing the quality of near-term photonic quantum devices
对于近期的量子器件，一个重要的挑战是开发有效的方法来证明噪声水平足够低，以允许进行潜在有用的应用。我们提出了这样一种方法定制的光子量子器件组成的单光子源耦合到耦合到光子探测器的线性光学电路。它使用输入大小为$n$（理想情况下为$n$输入光子）的BosonSampling实验的输出统计数据。我们提出了一系列的基准测试针对两个主要的噪声源，即光子损失和可重复性。我们的方法导致一个单一的数字度量，光子品质因数，定义为输出统计数据通过所有测试的输入光子的最大数量。我们提供了强有力的证据表明，通过所有的测试意味着我们的实验是不是有效的经典模拟，通过显示如何有效地模拟嘈杂的BosonSampling现有的经典算法失败的测试。最后，我们表明，玻色子采样实验与平均光子损失率每模式缩放为$o(1)$和平均保真度之间的任何两个单光子状态的$ (1-o(\frac{1}{n^6}))^2$是足够的，以保持通过我们的测试。不出所料，我们的研究结果强调，缩放的方式，避免有效的经典的可模拟性将在某些时候必然需要纠错和缓解。
2022-02-09 quant-ph
A Statistical Benchmark for BosonSampling
计算由分布在多种模式中的不可区分的粒子组成的量子力学多体系统的状态是计算复杂性理论的典型测试案例之一：除了众所周知的量子统计效应之外，多粒子振幅的相干叠加迅速使经典计算设备不堪重负-主要是通过创建极其复杂的干涉图案，这也挑战了实验分辨率。随着受控多粒子干涉实验的出现，可以有效探测多玻色子波函数的光学装置--洗礼玻色子采样器--因此被提出作为有效的量子模拟器，其性能优于任何经典计算设备，从而挑战了扩展的丘奇-图灵命题，这是计算机科学的基本教条之一。然而，在所有真正复杂系统的实验量子模拟中，仍然存在一个关键问题：如何证明给定的实验测量记录是采样玻色子而不是费米子或可区分粒子或不受控制的噪声的明确结果？在这篇文章中，我们描述了多体量子干涉的统计特征，它可以用作玻色子采样的实验（和经典计算）基准。
2014-10-30 cond-mat.dis-nn physics.data-an quant-ph
Quantum Correlations in Nonlocal BosonSampling
确定空间分离系统之间关联的量子性质在量子信息科学中起着至关重要的作用。特别令人感兴趣的是这些相关性是否以及如何使量子信息协议更强大的问题。在这里，我们报告了一个分布式量子计算协议，其中的输入和输出量子态被认为是经典相关的量子信息学。然而，我们表明，不能有效地模拟使用经典算法的输出状态的测量结果之间的相关性。至关重要的是，与此同时，本地测量结果可以在经典计算机上有效地模拟。我们发现，唯一已知的经典标准违反了我们的协议中的输入和输出状态是一个在量子光学中使用的，即相空间非经典。因此，我们认为，我们的协议的输出状态中固有的全局相空间非经典代表真正的量子相关性。
2017-02-07 cs.IT math.IT quant-ph
Photonic Boson Sampling in a Tunable Circuit
量子计算机是不必要的指数效率的计算或模拟，如果扩展的丘奇-图灵论文-计算机科学的基本原则-是正确的。这一论点将直接与一种物理设备相矛盾，这种设备可以有效地执行一项被认为是经典计算机难以处理的任务。这样一个任务就是玻色子采样：获得由某种线性光学幺正过程散射的n个玻色子的分布。在这里，我们测试的中心前提的玻色子采样，实验验证的3光子散射过程的振幅是由从一个单一的描述一个6模式的集成光路产生的子矩阵的永久。我们发现该协议是强大的，即使不可避免的影响，光子损失，非理想的来源，和不完善的检测工作。反对扩展丘奇-图灵命题的强有力证据将来自大量光子的缩放，这比构建通用量子计算机要简单得多。
2013-02-28 quant-ph
Measurement-Based Linear Optics
光量子处理的一个主要挑战是实现大型、稳定的干涉仪。在这里，我们提出了一个虚拟的，基于测量的干涉仪，在飞行中编程完全由零差测量角度的选择。有限压缩的影响被捕获的均匀振幅阻尼。我们将我们的建议与现有的（物理）干涉仪进行比较，并考虑其用于BosonSampling的性能，这可能在不久的将来展示后经典计算能力。我们证明了它的效率在时间和压缩（能量）在这种设置。
2017-03-10 quant-ph
Linear optical quantum metrology with single photons --- Experimental errors, resource counting, and quantum Cramér-Rao bounds
量子数-路径纠缠是用于超灵敏量子精密测量的资源，并且特别地提供子散粒噪声或甚至海森堡限制的灵敏度。然而，这种数路纠缠被认为是资源密集型的，首先要创建-通常需要非常强的非线性，或具有前馈的非确定性准备方案，这是难以实现的。最近在[物理学评论] Lett。114，170802（2015）]我们证明了来自玻色子采样启发的干涉仪的数字路径纠缠可以用来击败散粒噪声限制。在这篇手稿中，我们比较和对比不同的干涉方案，讨论资源计数，计算精确的量子克拉美-拉奥界限，并研究实验误差的细节。
2017-03-07 quant-ph
Linear optical logical Bell state measurements with optimal loss-tolerance threshold
本文通过对抗性框架推导了线性光学量子信息处理中损耗容忍阈值的紧致上限，证明线性光学逻辑Bell态测量能达到no-cloning定理的基本损耗阈值，并为非自适应测量给出了更严格的界限。
2023-05-22 quant-ph
Fault Tolerance in Parity-State Linear Optical Quantum Computing
我们使用的分析和数值技术相结合，计算的噪声阈值和资源需求的线性光学量子计算计划的基础上宇称态编码。奇偶态编码被用于最低级别的代码级联，以便有效地纠正由两量子比特线性光门的固有不确定性引起的错误。当与远程纠错（使用Steane或Golay码）在更高级别的级联相结合时，发现奇偶校验状态方案与以前的方案相比，以稍微降低的噪声阈值为代价，实现了大约三个数量级的资源节约。
2009-11-03 quant-ph
Increasing error tolerance in quantum computers with dynamic bias arrangement
许多量子操作被期望在它们的错误结构中表现出偏差。最近的工作已经表明，可以利用固定的偏置来通过静态地将误差布置在有益的配置中来提高误差容限。在某些情况下，误差偏置可以动态地重新配置，一个示例是线性光学融合，其中可以在进行测量之前选择融合失败的基础。在这里，我们介绍的方法，在这种情况下，通过使用经典的决策，自适应地选择测量的偏差作为容错协议进行增加容错。我们在基于线性光学融合的量子计算（FBQC）的背景下研究了这种技术。我们提供的示例表明，通过动态安排擦除，与使用相同量子资源时的偏置错误的静态安排相比，损失容限可以增加两倍：我们表明，对于Bartolucci等人（2023）的最佳FBQC架构，通过使用动态偏置，具有相同资源状态的每个光子的阈值从$2.7\%$增加到$7.5\%$。我们的方法不需要任何特定的代码结构，除了有一个综合征图表示。我们选择使用与Bartolucci等人（2023）中的架构相同的架构来说明这些技术，但是与其他技术（例如不同的融合网络）一起部署，更高的损失阈值是可能的。
2023-03-28 quant-ph
Achieving ultimate noise tolerance in quantum communication
在基本层面上，量子通信最终受到噪声的限制。例如，量子信号不能被放大而不引入噪声。此外，光子损失降低了信噪比，加重了噪声的影响。因此，量子通信中的大部分努力都是为了克服噪声，以实现更长的通信距离，更大的密钥速率，或在更嘈杂的环境条件下工作。在这里，我们提出并实验证明了基于超快光学技术的量子通信平台。特别是，我们的方案使实验实现的高速率和量子信号滤波接近一个单一的光谱时间模式，从而大大减少了信道噪声。通过实验实现了1 ps的光诱导时间门，我们表明，超快时间滤波可以导致噪声容限的改善，由一个因素高达1200相比，2 ns的电子滤波器，使白天量子密钥分发或量子通信在明亮的光纤。
2021-02-09 quant-ph
Ultrafast Long-Distance Quantum Communication with Static Linear Optics
我们提出了一个投影测量到编码贝尔态与静态网络的线性光学元件。通过增加量子纠错码的大小，可以同时使贝尔测量效率和光子损失容限任意高。作为一个主要的应用程序，我们表明，在大距离的通信速率类似于经典通信的全光量子通信是可能的，仅仅基于本地状态teleportations使用编码贝尔态的光源，固定阵列的分束器，和光子探测器。作为另一个应用，推广状态隐形传态到量子计算的门隐形传态，我们发现，为了实现普适性，必须牺牲固有的损失容忍度和最小量的前馈必须添加。
2016-11-04 quant-ph
Erasure-tolerance scheme for the surface codes on neutral atom quantum computers
针对中性原子量子计算机中擦除误差持续累积的问题，本文提出k-shift擦除恢复方案，通过码形变反复转移逻辑量子比特并安全纠正原子阵列擦除，为实用容错提供可行路径。
2025-08-19 quant-ph
Linear Optical CNOT Gate in the Coincidence Basis
我们描述了光子量子比特的非确定性，符合基础，量子CNOT门的操作和公差。它完全由线性光学元件构成，只需要一个双光子源来演示。
2001-12-16 quant-ph
Implementing Scalable Boson Sampling with Time-Bin Encoding: Analysis of Loss, Mode Mismatch, and Time Jitter
Motes、Gilchrist、Dowling和Rohde [PRL 113，120501（2014）]最近表明，时间仓编码的光纤环路架构可以实现任意无源线性光学变换。这在理想方案的情况下示出，其中架构没有误差源。然而，在任何实际的实现中，都存在物理错误，这会破坏转换的输出。我们调查的主要来源的错误在这个架构-损失和模式失配-并考虑它如何影响玻色子采样协议，无源线性光学的关键应用。对于我们的损耗分析，我们考虑两个主要的组件，有助于损耗-光纤和开关-并计算这如何影响设备的成功概率和保真度。有趣的是，我们发现，由于损失的错误是不均匀的（唯一的时间仓编码），这不对称的偏见实施的酉。因此，损失必然会限制可以实现的酉类，因此如果要实现任意酉类，未来的实现必须优先考虑最小化损失率。我们的模式失配的形式化解释了可能导致模式失配的各种现象，但我们关注两个-光纤环长度的误差和光子源的时间抖动。这些结果提供了一个指导方针，以及未来的实验实现可能会执行这些错误机制。
2015-07-26 quant-ph
Homodyne Detection Quadrature Phase Shift Keying Continuous-Variable Quantum Key Distribution with High Excess Noise Tolerance
具有零差检测的离散调制连续变量量子密钥分发因其易于实现、纠错效率高以及与现代光通信设备的兼容性而被广泛认可。然而，近年来的研究表明，零差检测对噪声的容忍度差，传输距离不足，严重制约了量子保密通信网络的大规模部署。在本文中，我们提出了一个零差检测协议，使用正交相移键控技术。通过限制信息泄漏，我们提出的协议提高了对过量噪声的容忍度。此外，我们证明了零差检测性能优于外差检测四进制调制的连续变量量子密钥分发下不可信的检测器噪声的情况下。安全性分析使用紧数值方法对集体攻击的渐近制度。我们的研究结果表明，目前的协议是能够分发密钥在近城际地区，从而铺平了道路，为构建低成本的量子安全通信网络。
2021-11-13 quant-ph
Quantum algorithm for optical template recognition with noise filtering
我们提出了一个概率量子算法，决定是否单色图片匹配给定的模板（或一组模板）。作为经典模式识别的一个主要优点，该算法只需要几个入射光子，因此适用于非常敏感的图像（类似于Elitzur-Vaidman问题）。此外，对于$2^{n}\times 2^{m}$图像，$\ord(n+m)$量子位是足够的。利用量子傅里叶变换，可以通过滤除图像中的小尺度噪声来提高量子算法的容错性。以具有$512\times512$像素的图像为例，我们对酉运算进行了数值模拟，以证明该算法的适用性并分析其容错性。
2006-07-21 quant-ph
Near-deterministic quantum teleportation and resource-efficient quantum computation using linear optics and hybrid qubits
提出了一种利用线性光学和混合量子比特实现确定性量子隐形传态的方案。它使人们能够有效地执行隐形传态和通用的线性光门操作在一个简单的和接近确定性的方式使用全光混合纠缠作为离线资源。我们的分析表明，我们的新方法可以优于以前的主要考虑资源需求和容错限制。
2013-02-02 quant-ph
Probing coherence and noise tolerance in discrete-time quantum walks: unveiling self-focusing and breathing dynamics
量子系统对外部扰动的敏感性是实现功能量子器件、量子信息和计算的基本问题。基于光学和超冷气体实验的显著进展，我们研究了在$N$-循环上传输的量子比特与强度相关的相位捕获时，短时（瞬时）噪声的后果.通过采用量子相干性措施，我们报告了新兴的不稳定制度，其中迄今为止未知的量子行走出现，如自聚焦和呼吸动力学。我们的研究结果揭示了适当的设置，有利于稳定的制度，与弱非线性和消失的热力学极限与$1/N$的渐近分布生存。示出了不同状态之间的阈值的图揭示了接近于Pauli-Z的量子门更耐噪声。当我们走向保利-X量子门时，这种适应性急剧下降，自聚焦机制的阈值几乎不可避免。接近阿达玛的量子门表现出一个不寻常的方面，其中非线性强度的增加可以消除自聚焦机制的动力学。
2020-10-28 quant-ph
Demonstration of a logical Bell-state measurement beyond the linear-optical limit
University of Stuttgart（斯图加特大学）；Johannes-Gutenberg University of Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）
本研究利用线性光学和两量子比特重复码实现逻辑贝尔态测量，成功概率达70.8%，超越线性光学50%的极限，为容错光子量子技术提供关键进展。
2026-09-11 quant-ph
Nonlinear Optics Quantum Computing with Circuit-QED
量子信息处理的一种方法是使用光子作为量子比特，并依赖于线性光学元件进行大多数操作。然而，一些光学非线性是使通用量子计算成为可能所必需的。在这里，我们提出了一个电路QED方法的非线性光学量子计算在微波制度，包括一个确定性的双光子相位门。我们的具体示例使用包括耦合到超导通量量子位的LC谐振器的混合量子系统来实现非线性耦合。与自克尔非线性相比，我们发现我们的方法在保持快速操作的同时提高了量子比特对噪声的容忍度。
2012-11-20 quant-ph
How good must single photon sources and detectors be for efficient linear optical quantum computation?
我们提出了一个线性光量子计算（LOQC）方案，该方案对不完美的单光子源和低效率的探测器具有很强的鲁棒性。特别是，我们表明，如果产品的检测器效率与源效率大于2/3，那么有效的LOQC是可能的。该阈值比通过应用容错中的标准结果可以推断出的阈值宽松许多数量级。这一结果是在量子计算的簇态范式中实现的。
2007-07-20 quant-ph
Continuous-variable quantum computing in the quantum optical frequency comb
本文介绍了连续变量（CV）的理论和实验进展，即，基于量子模代替基于量子位-大规模、容错量子计算和量子模拟。介绍了多体纠缠CV团簇态的物理和数学，并描绘了它们与实验概念的联系。还提出了实现容错的途径。作者希望通过这篇综述能吸引更多的人加入到这一领域，并促进这一领域向集成量子光子学这一有前途的技术的延伸。
2019-07-23 quant-ph
Thresholds for Linear Optics Quantum Computation
我们之前已经确定，原则上，使用带有光电探测器的无源线性光学器件进行量子计算是可能的（quant-ph/0006088）。在这里，我们描述的错误检测和纠正的基础上，大大提高了资源和设备的可扩展性所需的可靠性要求的技术。分析了理想线性光学量子计算（LOQC）的资源需求。该编码方法可以与损耗检测和相位误差校正相结合，以处理非理想光学中的主要弛豫过程，包括检测器效率低下。我们工作的主要结论是，用LOQC实现量子通信或计算的资源需求是合理的。此外，这项工作清楚地表明了如何利用错误行为的特殊知识来大大提高物理量子计算机的容错性和开销。
2000-06-27 quant-ph
Optimal photons for quantum information processing
光子量子信息处理方案，例如线性光学量子计算和其他依赖于单光子干涉的实验，固有地需要完全的光子不可干涉性，以使期望的光子相互作用能够发生。模式失配是光路中光子可复用性的主要原因。本文研究了线性光路中光子波包形状对模失配效应容限的影响，指出大带宽的高斯分布光子是最佳的。结果是一般的，并适用于任意线性光路，包括允许后选择和经典前馈。
2005-05-19 quant-ph
Linear optical quantum computation with imperfect entangled photon-pair sources and inefficient non-photon-number-resolving detectors
提出了一种利用非理想偏振纠缠光子对源、线性光学元件和非光子数分辨探测器实现团簇态量子计算的方案。在我们的方案中，损失容限的效率阈值要求源和检测器效率的乘积应该>1/2 -最佳已知数字。这个数字适用于不相关的损失。我们进一步发现，损失阈值是不受光子对源中的相关损失。我们的方法为在不完美的实验条件下进行有效的线性光量子计算提供了新的思路。
2010-05-07 quant-ph
Enhanced Fault-tolerance in Photonic Quantum Computing: Comparing the Honeycomb Floquet Code and the Surface Code in Tailored Architecture
Quandela；Sorbonne Université（索邦大学）；Institut d’Optique Graduate School（高等光学学院）；Université de Bordeaux（波尔多大学）
本研究在定制架构中比较了蜂窝Floquet码与表面码，发现蜂窝码在容错性能上更优，损耗阈值达6.3%
2026-01-08 quant-ph
Quantum error rejection code with spontaneous parametric conversion
我们提出了一个线性光学方案，利用SPDC过程来测试量子纠错码的容错性能。为了在有噪声的信道中稳健地传输未知的量子比特，可以先将其编码成特定的量子纠错码，然后传输。远端解码并存储它。与直接发送量子比特本身相比，以这种方式发送量子比特可以显著降低错误率。在这里，我们展示了如何实现这样的计划，由线性光学。
2004-01-06 quant-ph
Fault-tolerant linear optical quantum computing with small-amplitude coherent states
使用两个光学相干态作为量子比特基态的量子计算已经被建议作为具有较低物理资源开销的单光子光学量子计算的有趣替代方案。由于需要产生具有大相干振幅的脆弱对角态，这些提议被质疑为在短期内执行量子计算的实用方法。在这里，我们表明，通过使用容错纠错方案，人们只需要使用相对较小的相干态振幅（$α> 1.2$），以实现通用的量子计算。我们研究了小相干态振幅和光子损失对容错性的影响，使用蒙特卡罗模拟的纠错方案，并显示用于第一级编码的资源量是数量级低于最知名的单光子方案。我们用蒙特卡罗模拟研究了这一规律，并在模拟中考虑了光子损失的影响。
2007-07-03 quant-ph
Subdimensional linear-optical quantum computation: from qudit resource states to qubit quantum computation
Basic Research Laboratories & NTT Research Center for Theoretical Quantum Information, NTT Inc.（基础实验室与NTT理论量子信息研究中心，NTT公司）
本文提出一种从高维纠缠态子空间执行量子比特计算的线性光学方案，将融合成功概率提升至1-1/d，并数值验证了其在保持光子数下提高损耗容忍度。
2026-10-05 quant-ph
A Spin-Optical Quantum Computing Architecture
我们提出一种结合量子发射器与线性光学纠缠门的模块化混合架构，实现容错量子计算，支持任意量子纠错码，尤其保持低密度奇偶校验码的可扩展性，并展现出与全光子架构相当的损耗容忍度。
2024-07-17 quant-ph
Nonlinear photonic architecture for fault-tolerant quantum computing
ORCA Computing
该研究提出用于容错量子计算的新型非线性光子架构，将强单光子非线性纳入基于光子GHZ测量的架构，相比传统线性光学架构减少资源开销，还能容忍更高光学损耗，为改进容错量子计算实际实现提供途径。
2026-07-23 quant-ph
Tailoring fusion-based photonic quantum computing schemes to quantum emitters
本研究提出针对量子发射器定制融合光子量子计算架构，实现高容错性，光子损失阈值8%，发射器间可区分性4%，为容错硬件开发提供指导。
2025-05-25 quant-ph
Relative multiplexing for minimizing switching in linear-optical quantum computing
线性光学量子计算（LOQC）的许多现有方案依赖于多路复用（MUX），其使用动态路由来使得能够使用预示的概率原语来构造接近确定性的门和源。MUXing占当前LOQC架构中有源开关需求的绝大多数。在这篇文章中，我们介绍了相对多路复用（RMUX），一个通用的优化，可以显着降低有源开关的MUX在LOQC的要求，从而降低硬件的复杂性和能耗，以及放宽对各种光子器件的性能要求。我们讨论了RMUX的应用产生纠缠态的概率单光子源，并认为，一个数量级的提高贝尔态的产生率可以实现。此外，我们将RMUX应用于[PRL 115，020502（2015）]中的3D集群状态的渗透提案，并且我们发现RMUX允许该架构的损失容限增加2.4倍。
2017-06-09 quant-ph
Mixed basis quantum key distribution with linear optics
为了在量子密钥分发中获得更高的效率和更好的容错性，人们提出了双量子比特量子码。在这里，我们提出了一种基于混合基的双量子比特量子密钥分发协议，该混合基由两个贝尔态和两个计算基态组成。通过对一个辅助光子进行局域操作，可以从一个纠缠光子对中产生所有的态。与其他方案相比，也可以使用线性光学确定性地区分所有状态。此外，我们的协议可以用今天的技术来实现。在讨论我们的协议的安全性时，我们发现与标准BB84协议相比，对某些攻击的抵抗力有了很大的提高。
2017-09-18 cs.CR quant-ph
Detection of two-mode spatial quantum states of light by electro-optic integrated directional couplers
我们研究的操纵和检测的双模空间量子态的光通过一个可重构的集成器件内置在一个电光材料中的Kolgelnik-Schmidt配置，它提供了更高的误差容限的制造缺陷和更大的集成密度比其他电流方案。SU（2）变换在引导空间模式上以这样一种方式实现，即通过空间双模零差检测重建光场强度量子概率分布，以及通过弱值重建全光场强度波函数。这种方法可以很容易地推广到空间N模输入量子态。除了它在表征光学量子态方面的有用性外，还强调了它在测量所谓的广义量子极化方面的应用。
2020-04-10 physics.optics quant-ph
Transport and collective radiance in a basic quantum chiral optical model
在我们的工作中，我们研究了一维阵列的二能级系统，这是通过一个单模波导手性耦合的单激发的动力学。由于强的光学自旋锁定效应，实现了手性，在理想情况下，这给出了完美的单向激发输运。我们得到了一个简单的解析解的一个单一的激发动力学在马尔可夫极限，这直接显示了系统的宽容相对于发射器的位置波动。我们还表明，Dicke状态，这是众所周知的是超辐射，有两倍低的发射率的情况下，单向量子相互作用。通过对金属纳米线中表面等离子体激元耦合的量子发射体的数值计算，验证了该模型的正确性。所得结果是基于一个非常一般的模型，可以适用于任何手性耦合系统，这给了一个新的前景的量子输运手性纳米光子学。
2017-05-18 physics.optics quant-ph
Fault-Tolerant Directional Couplers for State Manipulation in Silicon Photonic-Integrated Circuits
光子集成电路在通信、传感、测距和信息处理等当前和未来的应用中发挥着核心作用。光子量子计算也可能需要集成光学架构来提高稳定性、可扩展性和性能。容错量子计算要求非常精确和鲁棒的量子门。在这项工作中，我们展示了高保真定向耦合器的单量子位门的光子集成波导，利用一种新的方案失谐调制复合段。具体的设计，以减少对波长的变化和现实世界中的波导宽度和深度的几何制造误差的敏感性。实验证明了增强的波长容限。这一概念显示出作为集成量子光学架构的一部分的缩放高保真门的巨大前景。
2022-04-07 physics.optics quant-ph
Microwave-to-Optical Quantum Transduction of Photons for Quantum Interconnects
Fujitsu Research, Fujitsu Limited（富士通研究所，富士通有限公司）
本文综述了微波与光子之间量子转导的理论和实验研究，探讨了转导机制及在超导量子计算中的应用。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
