1Abteilung für Physik und Astronomie, Seoul National University, Seoul 08826, Republik Korea
2Center for Engineered Quantum Systems, School of Physics, University of Sydney, Sydney, NSW 2006, Australien
Findest du dieses Paper interessant oder möchtest du darüber diskutieren? Scite oder hinterlasse einen Kommentar zu SciRate.
Abstrakt
Graphzustände sind vielseitige Ressourcen für verschiedene Aufgaben der Quanteninformationsverarbeitung, einschließlich messbasierter Quantenberechnung und Quantenrepeater. Obwohl das Typ-II-Fusionsgatter die rein optische Erzeugung von Graphenzuständen durch die Kombination kleiner Graphenzustände ermöglicht, behindert seine nichtdeterministische Natur die effiziente Erzeugung großer Graphenzustände. In dieser Arbeit stellen wir eine graphtheoretische Strategie zur effektiven Optimierung der fusionsbasierten Generierung eines beliebigen gegebenen Graphzustands zusammen mit einem Python-Paket OptGraphState vor. Unsere Strategie umfasst drei Phasen: Vereinfachen des Zielgraphenzustands, Aufbau eines Fusionsnetzwerks und Bestimmen der Reihenfolge der Fusionen. Mithilfe dieser vorgeschlagenen Methode bewerten wir den Ressourcenaufwand von Zufallsgraphen und verschiedenen bekannten Graphen. Darüber hinaus untersuchen wir die Erfolgswahrscheinlichkeit der Graphzustandsgenerierung bei einer begrenzten Anzahl verfügbarer Ressourcenzustände. Wir gehen davon aus, dass unsere Strategie und Software Forschern dabei helfen wird, experimentell realisierbare Schemata zu entwickeln und zu bewerten, die photonische Graphzustände nutzen.
Ausgewähltes Bild: Beispiel eines entwirrten Graphen und seines entsprechenden Fusionsnetzwerks, abgeleitet aus dem ursprünglichen Graphzustand unter Verwendung unserer vorgeschlagenen Strategie. Der entschlüsselte Graph, eine vereinfachte Variante des Originals, ergibt nach der Anwendung spezifischer lokaler Clifford-Gatter und Typ-II-Fusionen den gleichen Graphenzustand. Das Fusionsnetzwerk stellt eine systematische Anordnung grundlegender Ressourcenzustände dar, die die notwendigen Fusionen anweist, um den ursprünglichen Graphenzustand wiederherzustellen.
Populäre Zusammenfassung
► BibTeX-Daten
► Referenzen
[1] M. Hein, W. Dür, J. Eisert, R. Raussendorf, M. Van den Nest und H.-J. Briegel. „Verschränkung in Graphzuständen und ihre Anwendungen“. In Quantencomputern, Algorithmen und Chaos. Seiten 115–218. IOS Press (2006).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0602096
arXiv: quant-ph / 0602096
[2] Robert Raussendorf und Hans J. Briegel. „Ein Einweg-Quantencomputer“. Phys. Rev. Lett. 86, 5188–5191 (2001).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.86.5188
[3] Robert Raussendorf, Daniel E. Browne und Hans J. Briegel. „Messbasierte Quantenberechnung auf Clusterzuständen“. Phys. Rev. A 68, 022312 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.68.022312
[4] R. Raussendorf, J. Harrington und K. Goyal. „Ein fehlertoleranter Einweg-Quantencomputer“. Ann. Physik. 321, 2242–2270 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2006.01.012
[5] R. Raussendorf, J. Harrington und K. Goyal. „Topologische Fehlertoleranz in der Quantenberechnung von Clusterzuständen“. Neue J. Phys. 9, 199 (2007).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/9/6/199
[6] Sara Bartolucci, Patrick Birchall, Hector Bombin, Hugo Cable, Chris Dawson, Mercedes Gimeno-Segovia, Eric Johnston, Konrad Kieling, Naomi Nickerson, Mihir Pant, et al. „Fusionsbasierte Quantenberechnung“. Nat. Komm. 14, 912 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36493-1
[7] D. Schlingemann und R. F. Werner. „Quantenfehlerkorrekturcodes im Zusammenhang mit Graphen“. Physik. Rev. A 65, 012308 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.012308
[8] A. Pirker, J. Wallnöfer, H. J. Briegel und W. Dür. „Aufbau optimaler Ressourcen für verkettete Quantenprotokolle“. Physik. Rev. A 95, 062332 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062332
[9] Damian Markham und Barry C. Sanders. „Diagrammzustände für die gemeinsame Nutzung von Quantengeheimnissen“. Physik. Rev. A 78, 042309 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.042309
[10] B. A. Bell, Damian Markham, D. A. Herrera-Martí, Anne Marin, W. J. Wadsworth, J. G. Rarity und M. S. Tame. „Experimentelle Demonstration der gemeinsamen Nutzung von Quantengeheimnissen im Graphenzustand“. Nat. Komm. 5, 5480 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms6480
[11] M. Zwerger, W. Dür und HJ Briegel. „Messbasierte Quantenrepeater“. Phys. Rev. A 85, 062326 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.062326
[12] M. Zwerger, HJ Briegel und W. Dür. "Universelle und optimale Fehlerschwellen für die messbasierte Verschränkungsreinigung". Phys. Rev. Lett. 110, 260503 (2013).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.110.260503
[13] Koji Azuma, Kiyoshi Tamaki und Hoi-Kwong Lo. „Vollphotonische Quantenrepeater“. Nat. Komm. 6, 6787 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7787
[14] J. Wallnöfer, M. Zwerger, C. Muschik, N. Sangouard und W. Dür. „Zweidimensionale Quantenrepeater“. Phys. Rev. A 94, 052307 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.052307
[15] Nathan Shettell und Damian Markham. „Graphzustände als Ressource für die Quantenmetrologie“. Physik. Rev. Lett. 124, 110502 (2020).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.124.110502
[16] Michael A. Nielsen. „Optische Quantenberechnung unter Verwendung von Clusterzuständen“. Phys. Rev. Lett. 93, 040503 (2004).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.93.040503
[17] Daniel E. Browne und Terry Rudolph. „Ressourceneffiziente lineare optische Quantenberechnung“. Phys. Rev. Lett. 95, 010501 (2005).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.95.010501
[18] Jeremy C. Adcock, Sam Morley-Short, Joshua W. Silverstone und Mark G. Thompson. „Harte Grenzen für die Nachwählbarkeit optischer Graphzustände“. Quantenwissenschaft. Technol. 4, 015010 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / aae950
[19] Holger F. Hofmann und Shigeki Takeuchi. „Quantenphasentor für photonische Qubits, das nur Strahlteiler und Nachselektion verwendet“. Phys. Rev. A 66, 024308 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.024308
[20] T. C. Ralph, N. K. Langford, T. B. Bell und A. G. White. „Linear-optisch gesteuertes NICHT-Gatter auf Koinzidenzbasis“. Physik. Rev. A 65, 062324 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.062324
[21] Ying Li, Peter C. Humphreys, Gabriel J. Mendoza und Simon C. Benjamin. „Ressourcenkosten für fehlertolerantes lineares optisches Quantencomputing“. Physik. Rev. X 5, 041007 (2015).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.5.041007
[22] Samuel L. Braunstein und A. Mann. „Messung des Bell-Operators und der Quantenteleportation“. Physik. Rev. A 51, R1727–R1730 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.51.R1727
[23] W. P. Grice. „Beliebig vollständige Bell-Zustandsmessung nur unter Verwendung linearer optischer Elemente“. Physik. Rev. A 84, 042331 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.042331
[24] Fabian Ewert und Peter van Loock. „$3/4$-effiziente Bell-Messung mit passiver linearer Optik und nicht verschränkten Ancillae“. Physik. Rev. Lett. 113, 140403 (2014).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.113.140403
[25] Seung-Woo Lee, Kimin Park, Timothy C. Ralph und Hyunseok Jeong. „Annähernd deterministische Bell-Messung mit Multiphotonenverschränkung für effiziente Quanteninformationsverarbeitung“. Physik. Rev. A 92, 052324 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052324
[26] Seung-Woo Lee, Timothy C. Ralph und Hyunseok Jeong. „Grundlegender Baustein für rein optisch skalierbare Quantennetzwerke“. Physik. Rev. A 100, 052303 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052303
[27] Keisuke Fujii und Yuuki Tokunaga. „Fehlertolerante topologische Einweg-Quantenberechnung mit probabilistischen Zwei-Qubit-Gattern“. Physik. Rev. Lett. 105, 250503 (2010).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.105.250503
[28] Ying Li, Sean D. Barrett, Thomas M. Stace und Simon C. Benjamin. „Fehlertolerante Quantenberechnung mit nichtdeterministischen Gattern“. Physik. Rev. Lett. 105, 250502 (2010).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.105.250502
[29] H. Jeong, M. S. Kim und Jinhyoung Lee. „Quanteninformationsverarbeitung für einen kohärenten Überlagerungszustand über einen gemischtverwickelten kohärenten Kanal“. Physik. Rev. A 64, 052308 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052308
[30] H. Jeong und M. S. Kim. „Effiziente Quantenberechnung mit kohärenten Zuständen“. Physik. Rev. A 65, 042305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.042305
[31] Srikrishna Omkar, Yong Siah Teo und Hyunseok Jeong. „Ressourceneffiziente topologische fehlertolerante Quantenberechnung mit hybrider Lichtverschränkung“. Physik. Rev. Lett. 125, 060501 (2020).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.125.060501
[32] Srikrishna Omkar, Y. S. Teo, Seung-Woo Lee und Hyunseok Jeong. „Hochphotonenverlusttolerantes Quantencomputing mit Hybrid-Qubits“. Physik. Rev. A 103, 032602 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.032602
[33] Shuntaro Takeda, Takahiro Mizuta, Maria Fuwa, Peter Van Loock und Akira Furusawa. „Deterministische Quantenteleportation photonischer Quantenbits durch eine Hybridtechnik“. Nature 500, 315–318 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12366
[34] Hussain A. Zaidi und Peter van Loock. „Überschreitung der halben Grenze ancillafreier Bell-Messungen mit linearer Optik“. Physik. Rev. Lett. 110, 260501 (2013).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.110.260501
[35] Seok-Hyung Lee, Srikrishna Omkar, Yong Siah Teo und Hyunseok Jeong. „Paritätskodierungsbasiertes Quantencomputing mit Bayes’scher Fehlerverfolgung“. npj Quantum Inf. 9, 39 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41534-023-00705-9
[36] Gerald Gilbert, Michael Hamrick und Yaakov S. Weinstein. „Effizienter Aufbau photonischer Quantencomputer-Cluster“. Physik. Rev. A 73, 064303 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.064303
[37] Konrad Kieling, David Gross und Jens Eisert. „Minimale Ressourcen für lineares optisches Einwegrechnen“. J. Opt. Soc. Bin. B 24, 184–188 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1364 / JOSAB.24.000184
[38] Maarten Van den Nest, Jeroen Dehaene und Bart De Moor. „Grafische Beschreibung der Wirkung lokaler Clifford-Transformationen auf Graphzustände“. Physik. Rev. A 69, 022316 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.022316
[39] Srikrishna Omkar, Seok-Hyung Lee, Yong Siah Teo, Seung-Woo Lee und Hyunseok Jeong. „Vollphotonische Architektur für skalierbares Quantencomputing mit Greenberger-Horn-Zeilinger-Zuständen“. PRX Quantum 3, 030309 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.030309
[40] Michael Varnava, Daniel E. Browne und Terry Rudolph. "Verlusttoleranz in der Einweg-Quantenberechnung durch kontrafaktische Fehlerkorrektur". Phys. Rev. Lett. 97, 120501 (2006).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.97.120501
[41] N. Lütkenhaus, J. Calsamiglia und K.-A. Suominen. „Glockenmessungen für die Teleportation“. Physik. Rev. A 59, 3295–3300 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.59.3295
[42] Michael Varnava, Daniel E. Browne und Terry Rudolph. „Wie gut müssen Einzelphotonenquellen und -detektoren für eine effiziente lineare optische Quantenberechnung sein?“ Physik. Rev. Lett. 100, 060502 (2008).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.100.060502
[43] C. Schön, E. Solano, F. Verstraete, JI Cirac und MM Wolf. „Sequentielle Erzeugung verschränkter Multiqubit-Zustände“. Phys. Rev. Lett. 95, 110503 (2005).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.95.110503
[44] Netanel H. Lindner und Terry Rudolph. "Vorschlag für gepulste On-Demand-Quellen von Photonic Cluster State Strings". Phys. Rev. Lett. 103, 113602 (2009).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.103.113602
[45] I. Schwartz, D. Cogan, E. R. Schmidgall, Y. Don, L. Gantz, O. Kenneth, N. H. Lindner und D. Gershoni. „Deterministische Erzeugung eines Clusterzustands verschränkter Photonen“. Wissenschaft 354, 434–437 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aah4758
[46] Shuntaro Takeda, Kan Takase und Akira Furusawa. „Photonischer Verschränkungssynthesizer auf Abruf“. Science Advances 5, eaaw4530 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw4530
[47] Philip Thomas, Leonardo Ruscio, Olivier Morin und Gerhard Rempe. „Effiziente Erzeugung verschränkter Multiphotonen-Graphzustände aus einem einzelnen Atom“. Natur 608, 677–681 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04987-5
[48] John W. Moon und Leo Moser. „Über Cliquen in Diagrammen“. Isr. J. Mathe. 3, 23–28 (1965).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02760024
[49] Eugene L. Lawler, Jan Karel Lenstra und A. H. G. Rinnooy Kan. „Generierung aller maximalen unabhängigen Mengen: NP-Härte- und Polynomialzeit-Algorithmen“. SIAM J. Comput. 9, 558–565 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 0209042
[50] Shuji Tsukiyama, Mikio Ide, Hiromu Ariyoshi und Isao Shirakawa. „Ein neuer Algorithmus zur Generierung aller maximalen unabhängigen Mengen“. SIAM J. Comput. 6, 505–517 (1977).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 0206036
[51] Gabor Csardi und Tamas Nepusz. „Das igraph-Softwarepaket für komplexe Netzwerkforschung“. InterJournal Complex Systems, 1695 (2006). URL: https:///igraph.org.
https:///igraph.org
[52] David Eppstein, Maarten Löffler und Darren Strash. „Auflisten aller maximalen Cliquen in spärlichen Diagrammen in nahezu optimaler Zeit“. Im Internationalen Symposium für Algorithmen und Berechnungen. Seiten 403–414. Springer (2010).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1006.5440
[53] Aric A. Hagberg, Daniel A. Schult und Pieter J. Swart. „Erforschung der Netzwerkstruktur, -dynamik und -funktion mit NetworkX“. In Gäel Varoquaux, Travis Vaught und Jarrod Millman, Herausgeber, Proceedings of the 7th Python in Science Conference (SciPy2008). Seiten 11–15. Pasadena, Kalifornien, USA (2008). URL: https://www.osti.gov/biblio/960616.
https:///www.osti.gov/biblio/960616
[54] Zvi Galil. „Effiziente Algorithmen zum Finden der maximalen Übereinstimmung in Diagrammen“. ACM-Computing. Überleben. 18, 23–38 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 6462.6502
[55] Paul Erdős und Alfred Rényi. „Auf Zufallsgraphen I“. Publicationes mathematicae 6, 290–297 (1959).
https:///doi.org/10.5486/PMD.1959.6.3-4.12
[56] T. C. Ralph, A. J. F. Hayes und Alexei Gilchrist. „Verlusttolerante optische Qubits“. Physik. Rev. Lett. 95, 100501 (2005).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.95.100501
[57] Sean D. Barrett und Thomas M. Stace. „Fehlertolerante Quantenberechnung mit sehr hoher Schwelle für Verlustfehler“. Phys. Rev. Lett. 105, 200502 (2010).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.105.200502
[58] James M. Auger, Hussain Anwar, Mercedes Gimeno-Segovia, Thomas M. Stace und Dan E. Browne. „Fehlertolerante Quantenberechnung mit nichtdeterministischen Verschränkungstoren“. Physik. Rev. A 97, 030301 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.030301
[59] G. B. Arfken, H. J. Weber und F. E. Harris. „Mathematische Methoden für Physiker: Ein umfassender Leitfaden“. Elsevier-Wissenschaft. (2011). URL: https:///books.google.co.kr/books?id=JOpHkJF-qcwC.
https:///books.google.co.kr/books?id=JOpHkJF-qcwC
[60] Maarten Van den Nest, Jeroen Dehaene und Bart De Moor. „Effizienter Algorithmus zur Erkennung der lokalen Clifford-Äquivalenz von Graphzuständen“. Physik. Rev. A 70, 034302 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.034302
[61] Axel Dahlberg und Stephanie Wehner. „Graphzustände mithilfe von Einzel-Qubit-Operationen transformieren“. Philos. T. Roy. Soc. A 376, 20170325 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsta.2017.0325
[62] M. Hein, J. Eisert und HJ Briegel. „Mehrparteienverschränkung in Graphenzuständen“. Phys. Rev. A 69, 062311 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.062311
Zitiert von
[1] Brendan Pankovich, Alex Neville, Angus Kan, Srikrishna Omkar, Kwok Ho Wan und Kamil Brádler, „Flexible verschränkte Zustandserzeugung in der linearen Optik“, arXiv: 2310.06832, (2023).
Die obigen Zitate stammen von SAO / NASA ADS (Zuletzt erfolgreich aktualisiert am 2023, 12:20:14 Uhr). Die Liste ist möglicherweise unvollständig, da nicht alle Verlage geeignete und vollständige Zitationsdaten bereitstellen.
Konnte nicht abrufen Crossref zitiert von Daten während des letzten Versuchs 2023-12-20 14:43:34: Von Crossref konnten keine zitierten Daten für 10.22331 / q-2023-12-20-1212 abgerufen werden. Dies ist normal, wenn der DOI kürzlich registriert wurde.
Dieses Papier ist in Quantum unter dem veröffentlicht Creative Commons Namensnennung 4.0 International (CC BY 4.0) Lizenz. Das Copyright verbleibt bei den ursprünglichen Copyright-Inhabern wie den Autoren oder deren Institutionen.
- SEO-gestützte Content- und PR-Distribution. Holen Sie sich noch heute Verstärkung.
- PlatoData.Network Vertikale generative KI. Motiviere dich selbst. Hier zugreifen.
- PlatoAiStream. Web3-Intelligenz. Wissen verstärkt. Hier zugreifen.
- PlatoESG. Kohlenstoff, CleanTech, Energie, Umwelt, Solar, Abfallwirtschaft. Hier zugreifen.
- PlatoHealth. Informationen zu Biotechnologie und klinischen Studien. Hier zugreifen.
- Quelle: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-12-20-1212/
