Команда из компании Guizhen Chip Technology, базирующейся в Хэфэе, совместно с группой профессора Рена Сифэна из Ключевой лаборатории квантовой информации Университета науки и технологий Китая, представила значимый результат для универсальных оптических квантовых вычислений.
Используя специально разработанный программируемый фотонный чип, исследователи продемонстрировали генерацию на чипе состояния ГЗ с четырьмя фотонами и шестнадцатью кубитами, а также четырехкубитное кластерное состояние. При этом десять из шестнадцати кубитов были подтверждены как действительно запутанные посредством измерений-свидетелей запутанности. Эта работа представляет собой самое крупное зарегистрированное на чипе многокубитное запутанное состояние на сегодняшний день.
Полученные результаты имеют большое значение, поскольку они обходят основное препятствие в фотонной квантовой вычислительной технике: экспоненциально плохое масштабирование источников многофотонов и сложность создания детерминированных двухфотонных вентилей. Команда применяет подход квантовых вычислений на основе измерений (MBQC), при котором вычисления осуществляются путем одиночных измерений на предварительно подготовленном запутанном ресурсном состоянии.
Для расширения этого ресурсного состояния команда использует высокоразмерное кодирование для каждого отдельного фотона. Один фотон несет множество кубитов через свою степень свободы траектории, которую затем направляют через четырехслойный программируемый измерительный модуль. Такая архитектура трансформирует сложную задачу подготовки многофотонов в управляемое расширение одного фотона с высокой размерностью плюс многоуровневое измерение, делая подготовку ресурсного состояния более детерминированной и сохраняя простоту оптического оборудования.
В качестве дополнительного теста команда использовала четырехкубитное кластерное состояние для реализации алгоритма поиска Гровера и сообщила среднюю вероятность идентификации на уровне 0.987. Данный результат опубликован в виде препринта на arXiv.
Более широкое значение MBQC заключается в том, что это самый чистый известный метод достижения отказоустойчивых, универсальных квантовых вычислений. Модель переносит сложную часть вычислений из операций логических вентилей в реальном времени на предварительную подготовку большого запутанного ресурса, что идеально соответствует режиму, в котором оптическое оборудование может работать эффективно. Производная архитектура, известная как квантовые вычисления на основе слияния, наследует свойства MBQC, обладая еще более высокими порогами отказоустойчивости, и является ведущим кандидатом для масштабирования фотонного квантового оборудования до диапазона в миллион кубитов.
Для Guizhen Chip эта работа укрепляет ее позиции как первой китайской компании, продемонстрировавшей на чипе построение масштабируемых графовых состояний для фотонных квантовых вычислений. Хотя этот результат является ключевым строительным блоком, а не готовой машиной на миллион кубитов, он смещает область исследований от теоретических работ к инженерным вехам. Следующим шагом станет измеренная демонстрация отказоустойчивых логических кубитов в условиях реалистичного шума, в чем сейчас соревнуется мировое сообщество фотонных квантовых вычислений.
