Τις δύο τελευταίες δεκαετίες, οι τεχνολογίες υπεραγωγών κυκλωμάτων έχουν αναδυθεί μεταξύ των πιο υποσχόμενων πλατφορμών για την πραγματοποίηση κβαντικών επεξεργαστών 1 , 2 , 3 , 4 . Μία λεωφόρος συνίσταται στον σχεδιασμό κβαντικών δικτύων σε μια αρθρωτή προσέγγιση, όπου τα απομακρυσμένα στάσιμα qubits αλληλεπιδρούν ανταλλάσσοντας τα φωτόνια ως «ιπτάμενα qubits» που διαδίδονται στους κυματοδηγούς 5 . Καθώς το μέγεθος των πειραμάτων και ο αριθμός των qubits σε κβαντικά δίκτυα κλιμακώνονται σε πολυπλοκότητα, η ελεγχόμενη δρομολόγηση των κβαντικών πληροφοριών μεταξύ διακριτών συνιστωσών γίνεται απαίτηση 6 . Στα περισσότερα τρέχοντα πειράματα, αυτή η εργασία επιμελείται η χρήση κυκλοφορητών διασταύρωσης φερρίτη, οι οποίοι σπάζουν την αμοιβαιότητα του Lorentz μέσω του φαινομένου Faraday 7, 8 . Ωστόσο, δεδομένου ότι αυτές οι συσκευές είναι ογκώδεις, απώλειες και χρησιμοποιούν μεγάλα μαγνητικά πεδία, δεν είναι κατάλληλες για ενσωμάτωση σε τσιπ και πρέπει να αναπτυχθούν νέες, επεκτάσιμες εναλλακτικές λύσεις. Για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης, προτάθηκαν διάφορες προσεγγίσεις τα τελευταία χρόνια. Οι περισσότερες στρατηγικές απαιτούν ενεργές συσκευές 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18, όπου η αμοιβαιότητα διακόπτεται από την αλληλεπίδραση πολλών πεδίων αντλίας με ακριβείς σχέσεις φάσης, με κόστος προσθήκης ενέργειας στο σύστημα. Από την άλλη πλευρά, παθητικές συσκευές έχουν επίσης προταθεί με βάση υπεραγώγιμους δακτυλίους σύνδεσης, όπου η κυκλοφορία επιτυγχάνεται με τη χρήση σταθερής ροής. Ωστόσο, αυτά είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στη φόρτιση θορύβου 19 , 20 . Επιπλέον, αναπτύσσονται κβαντικές συσκευές που βασίζονται σε υπεραγωγικά qubit που συνδέονται έντονα με κυματοδηγούς μικροκυμάτων 1D, όπου η αντανάκλαση και η μετάδοση δρομολογίων φωτονίων ελέγχεται εξωτερικά, συμπεριλαμβανομένων για παράδειγμα δρομολογητών μονής φωτονίου 21 και τρανζίστορ 22 , 23 , μονοκατευθυντικών μετατροπέων φωνών 24, ή κβαντικές διόδους 25 , 26 .
Σε αυτήν την εργασία, αντιμετωπίζουμε το πρόβλημα της κβαντικής δρομολόγησης πληροφοριών από διαφορετική γωνία. αντί για κυκλοφορητές ή ανακλαστήρες για πλατόνια φωτόνια, σχεδιάζουμε αποτελεσματικά ενσωματωμένα qubits ως σύνθετα αντικείμενα σε συνδυασμό με μια γραμμή μετάδοσης 1D (βλέπε Εικ. 1 a – c), με την απαίτηση τα φωτόνια που διαδίδονται προς μία κατεύθυνση να απορροφώνται και να εκπέμπονται ξανά στο ίδιο κατεύθυνση, χωρίς να σπάσει την αμοιβαιότητα. Η συνεκτική οδήγηση πολλών τέτοιων μονόδρομων κβαντικών εκπομπών μέσω της γραμμής μετάδοσης δημιουργεί μια αποτελεσματική δυναμική κίνηση-διασκεδαστική δυναμική, όπως απεικονίζεται στο Σχ. 1 d, όπου τα φωτόνια που ακτινοβολούνται από κάθε πομπό οδηγούν συνεκτικά άλλους εκπομπούς προς τα κάτω. Στη βιβλιογραφία, αυτό το παράδειγμα μερικές φορές αναφέρεται ως «χειρόμορφη κβαντική οπτική» 27και διαθέτει ενδιαφέρουσες ιδιότητες σταθερής κατάστασης, όπως θα συζητηθεί παρακάτωΣχ. 1: Μονοκατευθυντική σύζευξη των κβαντικών εκπομπών σε μια γραμμή μετάδοσης
ένα μοντέλο για την πραγματοποίηση ενός γιγαντιαίου μονοκατευθυντικού εκπομπού (GUE) χρησιμοποιώντας μη γραμμική σύζευξη μεταξύ δύο τεχνητών ατόμων που συνδέονται με έναν κυματοδηγό. b Αντίστοιχη δομή επιπέδου που λαμβάνεται με συγκεκριμένες παραμέτρους (βλέπε κείμενο). Λαμβάνεται ένα αποτελεσματικό σύστημα δύο επιπέδων με καταστάσεις \ (\ αριστερά | {0} _ {1} {0} _ {2} \ δεξιά \ rangle \) και \ (\ αριστερά | R \ δεξιά \ εύρος \) , το οποίο ζευγάρια με τρόπους διάδοσης της γραμμής μετάδοσης. c Υπεραγώγιμη υλοποίηση κυκλώματος, όπου δύο πομποδέκτες ( k = 1, 2) συνδέονται σε δύο σημεία σε μια γραμμή μετάδοσης μαιάνδρου, και αλληλεπιδρούν μέσω SQUID. ρεΚινούμενο κινούμενο δίκτυο με διασκορπισμό-διασκορπισμό που υλοποιήθηκε με αρκετές GUE ως αποτελεσματικούς πομπούς δύο επιπέδων που συνδέονται μονοκατευθυντικά με μια γραμμή μετάδοσης. Το σύστημα διαχέεται προς μια καθαρή σταθερή κατάσταση με τους πομπούς που συνδέονται σε μια κατάσταση εμπλοκής \ (\ αριστερά | D \ δεξιά \ εύρος \) . e Κατευθυντικότητα β dir εκπεμπόμενων φωτονίων, με Δ k = 0 και r k = 0,2, γ k = γ . στ Συνολικώς κατευθυντικότητα \ (\ overline {{\ beta} _ {\ κείμενο {dir}}} \) για J = J opt , φ = φ optκαι Δ k = 0, που λαμβάνονται με ομοιόμορφα κατανεμημένα r 1 , r 2 , γ 1 και γ 2 , με μέσο \ (\ overline {{r} _ {k}} = 0,2 \) , \ (\ overline {{\ \ gamma} _ {k}} = \ gamma \) και τυπικές αποκλίσεις \ (\ sqrt {\ overline {{r} _ {k} ^ {2}} - {{\ overline {r}} _ {k}} ^ {2}} = \ delta r \) , \ (\ sqrt {\ overline {{\ gamma} _ {k} ^ {2}} - {{\ overline {\ gamma}} _ {k}} ^ {2 }} = \ δέλτα \ γάμμα \) Εικ. 3: Αρχιτεκτονική για δρομολόγηση κβαντικών πληροφοριών
a Ένας πίνακας qubits ( n = 1,…, N ) συνδέεται με μία από τις δύο γραμμές μετάδοσης, με την ένδειξη "πάνω" και "κάτω", μέσω GUE. Ένα πολλαπλασιαστικό φωτονίο διασκορπίζεται διαδοχικά στα qubit, ενώ γραμμικά οπτικά στοιχεία που εκτελούν ενιαίους μετασχηματισμούς συνδέουν τις γραμμές μετάδοσης. Μια προβολική μέτρηση των qubits πραγματοποιείται κατά την ανίχνευση του φωτονίου στην έξοδο. b Μοντέλο για την αλληλεπίδραση qubit-GUE σε κάθε κόμβο n με συχνότητες cross-Kerr και και c αντίστοιχη υπεραγωγική εφαρμογή προσαρμοσμένη από το Σχ. 1 γ. ρε U n V n 1 V n 2 Το κβαντικό κύκλωμα πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τη ρύθμιση στο ( a ), όπου οι διπλοί κύκλοι αντιπροσωπεύουν τις πύλες ελεγχόμενου-Z μεταξύ των qubits και του φωτονίου ως εικονικού "qubit πτήσης" με καταστάσεις και , που αντιστοιχεί στο φωτόνιο που διαδίδεται στη γραμμή μετάδοσης "επάνω" «και» κάτω », αντίστοιχα. | μέχρι ⟩ ph | κάτω ⟩ ph>>>>>>>
Ρύθμιση και β αντιστοιχεί κβαντική κύκλωμα συνειδητοποιούν κβαντική μεταφορά κατάσταση από άτομα qubit 1 έως Ν . Οι φωτονικές πύλες Hadamard πραγματοποιούνται ως διαχωριστές δέσμης 50/50. Το διακεκομμένο κόκκινο πλαίσιο αντιπροσωπεύει τη δράση του διάσπαρτου φωτονίου, με το αντίστοιχο κβαντικό κύκλωμα να πραγματοποιεί μια πύλη ελεγχόμενου-Ζ μεταξύ των δύο qubit. Με την ανίχνευση του φωτονίου στην έξοδο και την ανάγνωση της τελικής κατάστασης του qubit 1, η αρχική κατάσταση υπέρθεσης μεταφέρεται στο . ^ Χ | ψ ⟩ q , 1 | ψ ⟩ q , Ν>>>>>>
μια αφηρημένη αναπαράσταση ενός τορικού κώδικα, όπου τα qubits βρίσκονται στις άκρες ενός 2D δικτυωτού πλέγματος με περιοδικές οριακές συνθήκες, με εδώ N = 8 qubits. Αντιπροσωπεύονται οι δύο τύποι σταθεροποιητών και . b Κβαντικό κύκλωμα πραγματοποιώντας μια μέτρηση του σταθεροποιητή αντιπροσωπεύεται στο ( a ), και c αντίστοιχη ενδομετρική διάταξη, με τις τιμές Δ ν των GUE να επιλέγονται έτσι ώστε μόνο οι κόμβοι 1 , 5, 7 και 8 είναι συντονισμένα με το φωτόνιο.
^
Ένα
σ
^
Β
v
^
Ένα
σ
ένα μοντέλο για την πραγματοποίηση ενός γιγαντιαίου μονοκατευθυντικού εκπομπού (GUE) χρησιμοποιώντας μη γραμμική σύζευξη μεταξύ δύο τεχνητών ατόμων που συνδέονται με έναν κυματοδηγό. b Αντίστοιχη δομή επιπέδου που λαμβάνεται με συγκεκριμένες παραμέτρους (βλέπε κείμενο). Λαμβάνεται ένα αποτελεσματικό σύστημα δύο επιπέδων με καταστάσεις \ (\ αριστερά | {0} _ {1} {0} _ {2} \ δεξιά \ rangle \) και \ (\ αριστερά | R \ δεξιά \ εύρος \) , το οποίο ζευγάρια με τρόπους διάδοσης της γραμμής μετάδοσης. c Υπεραγώγιμη υλοποίηση κυκλώματος, όπου δύο πομποδέκτες ( k = 1, 2) συνδέονται σε δύο σημεία σε μια γραμμή μετάδοσης μαιάνδρου, και αλληλεπιδρούν μέσω SQUID. ρεΚινούμενο κινούμενο δίκτυο με διασκορπισμό-διασκορπισμό που υλοποιήθηκε με αρκετές GUE ως αποτελεσματικούς πομπούς δύο επιπέδων που συνδέονται μονοκατευθυντικά με μια γραμμή μετάδοσης. Το σύστημα διαχέεται προς μια καθαρή σταθερή κατάσταση με τους πομπούς που συνδέονται σε μια κατάσταση εμπλοκής \ (\ αριστερά | D \ δεξιά \ εύρος \) . e Κατευθυντικότητα β dir εκπεμπόμενων φωτονίων, με Δ k = 0 και r k = 0,2, γ k = γ . στ Συνολικώς κατευθυντικότητα \ (\ overline {{\ beta} _ {\ κείμενο {dir}}} \) για J = J opt , φ = φ optκαι Δ k = 0, που λαμβάνονται με ομοιόμορφα κατανεμημένα r 1 , r 2 , γ 1 και γ 2 , με μέσο \ (\ overline {{r} _ {k}} = 0,2 \) , \ (\ overline {{\ \ gamma} _ {k}} = \ gamma \) και τυπικές αποκλίσεις \ (\ sqrt {\ overline {{r} _ {k} ^ {2}} - {{\ overline {r}} _ {k}} ^ {2}} = \ delta r \) , \ (\ sqrt {\ overline {{\ gamma} _ {k} ^ {2}} - {{\ overline {\ gamma}} _ {k}} ^ {2 }} = \ δέλτα \ γάμμα \) Εικ. 3: Αρχιτεκτονική για δρομολόγηση κβαντικών πληροφοριών
a Ένας πίνακας qubits ( n = 1,…, N ) συνδέεται με μία από τις δύο γραμμές μετάδοσης, με την ένδειξη "πάνω" και "κάτω", μέσω GUE. Ένα πολλαπλασιαστικό φωτονίο διασκορπίζεται διαδοχικά στα qubit, ενώ γραμμικά οπτικά στοιχεία που εκτελούν ενιαίους μετασχηματισμούς συνδέουν τις γραμμές μετάδοσης. Μια προβολική μέτρηση των qubits πραγματοποιείται κατά την ανίχνευση του φωτονίου στην έξοδο. b Μοντέλο για την αλληλεπίδραση qubit-GUE σε κάθε κόμβο n με συχνότητες cross-Kerr και και c αντίστοιχη υπεραγωγική εφαρμογή προσαρμοσμένη από το Σχ. 1 γ. ρε U n V n 1 V n 2 Το κβαντικό κύκλωμα πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τη ρύθμιση στο ( a ), όπου οι διπλοί κύκλοι αντιπροσωπεύουν τις πύλες ελεγχόμενου-Z μεταξύ των qubits και του φωτονίου ως εικονικού "qubit πτήσης" με καταστάσεις και , που αντιστοιχεί στο φωτόνιο που διαδίδεται στη γραμμή μετάδοσης "επάνω" «και» κάτω », αντίστοιχα. | μέχρι ⟩ ph | κάτω ⟩ ph>>>>>>>
Ρύθμιση και β αντιστοιχεί κβαντική κύκλωμα συνειδητοποιούν κβαντική μεταφορά κατάσταση από άτομα qubit 1 έως Ν . Οι φωτονικές πύλες Hadamard πραγματοποιούνται ως διαχωριστές δέσμης 50/50. Το διακεκομμένο κόκκινο πλαίσιο αντιπροσωπεύει τη δράση του διάσπαρτου φωτονίου, με το αντίστοιχο κβαντικό κύκλωμα να πραγματοποιεί μια πύλη ελεγχόμενου-Ζ μεταξύ των δύο qubit. Με την ανίχνευση του φωτονίου στην έξοδο και την ανάγνωση της τελικής κατάστασης του qubit 1, η αρχική κατάσταση υπέρθεσης μεταφέρεται στο . ^ Χ | ψ ⟩ q , 1 | ψ ⟩ q , Ν>>>>>>
No comments:
Post a Comment