نمایش درهم تنیدگی سه فوتونی بر روی یک تراشه فوتونیک

خلاصه خبر:
 

محققان چینی با تولید حالت GHZ به پیشرفتی در محاسبات کوانتومی فوتونیک دست یافتند. کار آنها بر محاسبات کوانتومی مبتنی بر همجوشی متمرکز است که نیاز به گیت‌های درهمتنیده قطعی را از بین میبرد. محققان با ادغام حالت های کوچک درهمتنیده به حالت های خوشه ای در مقیاس بزرگ، راه را برای محاسبات کوانتومی برپایه اندازه گیری و مقاوم به خطا با استفاده از تراشه های فوتونیکی هموار کردند. آنها با استفاده از یک تراشه فوتونیک و یک منبع تک فوتون مبتنی بر نقاط کوانتومی InAs/GaAs، شش فوتون منفرد را با موفقیت دستکاری کرده تا حالتGHZ سه تایی مورد نظر را با فیدلیتی 0.024±0.573 ایجاد کنند. این دستاورد نقطه عطفی مهم در توسعه کامپیوترهای کوانتومی نوری در مقیاس بزرگ است که برای پردازش اطلاعات کوانتومی به حالت‌های GHZ متکی هستند.

توضیحات تکمیلی:

محققان دانشگاه علم و صنعت چین با نشان دادن حالت خوشه ای بزرگی که می تواند محاسبات کوانتومی در سیستم های فوتونیکی را پیش ببرد، در زمینه محاسبات کوانتومی فوتونیک پیشرفت قابل توجهی داشته اند. کار آنها که در Physical Review Letters منتشر شده است، بر تولید حالت سه فوتونی گرینبرگر-هورن-زیلینگر (3-GHZ) که یک حالت منبع ضروری برای محاسبات کوانتومی است، تمرکز دارد. این پیشرفت راه را برای توسعه محاسبات کوانتومی مبتنی بر اندازه‌گیری و مقاوم به خطا با استفاده از تراشه‌های فوتونیک هموار می‌کند.

کامپیوترهای کوانتومی فوتونیک از ذرات نور به نام فوتون به عنوان واحدهای اساسی پردازش اطلاعات استفاده می کنند. این کامپیوترها از نظر سرعت و انتقال اطلاعات در فواصل طولانی، پتانسیل بهتری نسبت به کامپیوترهای کوانتومی معمولی دارند. با این حال، برهمکنش های ضعیف بین فوتون های منفرد مانع از پیشرفت آنها شده است. یکی از چالش‌های کلیدی، تولید گیت‌های دو کیوبیتی قطعی است که برای مقیاس‌پذیری لازم است.

محققان یک رویکرد مبتنی بر همجوشی (fusion) را به کار گرفتند که شامل ادغام حالت های کوچک منبع درهم تنیده به حالت های خوشه ای در مقیاس بزرگ مناسب برای محاسبات کوانتومی است. این روش مقیاس پذیری را بدون نیاز به گیت های درهم تنیده ارائه می دهد. این مطالعه بر روی تولید حالت اعلام شده GHZ سه تایی، یک حالت اولیه حیاتی برای محاسبات کوانتومی مبتنی بر همجوشی متمرکز بود.

محققان از یک تراشه فوتونیک و یک منبع تک فوتون مبتنی بر نقاط کوانتومی InAs/GaAs استفاده کردند. از طریق یک تبدیل واحد خاص و آشکارسازی فوتون‌های منفرد، آنها با موفقیت یک حالت GHZ سه تایی کدگذاری شده دوگانه ایجاد کردند. این پیاده سازی شامل دستکاری شش فوتون منفرد غیرقابل تشخیص بود که منجر به فیدلیتی 0.024 ± 0.573 برای حالت GHZ سه تایی مورد نظر شد.

دستیابی به حالت اعلام شده GHZ سه  تایی، نقطه عطفی قابل توجه به سمت محاسبات کوانتومی فوتونیکی مقاوم به خطا است. این پیشرفت، راه هایی را برای توسعه رایانه های کوانتومی نوری در مقیاس بزرگ باز می کند که برای پردازش اطلاعات کوانتومی به حالت های GHZ سه تایی متکی هستند. محققان پیشرفت‌های بیشتری را متصور هستند، از جمله عبور گیت همجوشی از آستانه نفوذ با استفاده از هشت فوتون منفرد. آنها همچنین بر تلاش‌های مداوم برای کشف تولید حالت درهم‌تنیده در مقیاس بزرگ بر روی پلت‌فرم‌های اپتیک کوانتومی یکپارچه تاکید می‌کنند.

نمایش یک درهم تنیدگی سه فوتون توسط محققان دانشگاه علم و صنعت چین نشان‌دهنده یک گام مهم رو به جلو در تحقق کامپیوترهای کوانتومی فوتونیک مقاوم به خطا است. کار آنها در تولید حالت اعلام شده GHZ سه تایی ما را به دستیابی به محاسبات کوانتومی مبتنی بر همجوشی مقیاس پذیر و مقاوم در برابر تلفات با استفاده از تراشه های فوتونی نزدیکتر می کند. این پیشرفت ها نویدبخش آینده محاسبات کوانتومی و تأثیر بالقوه آن بر زمینه های مختلف است.

منبع

Si Chen et al, Heralded Three-Photon Entanglement from a Single-Photon Source on a Photonic Chip, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.130603. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2307.02189