量子情報：プログラマブル・ナノフォトニックチップ上の多光子量子回路

実用的な量子コンピューティングへの関心の高まりを受けて、量子アルゴリズムを実行するプログラマブル・マシンの利用可能性が急速に高まっている。現在のフォトニック量子コンピューターは、非決定論的動作、少数の光子と低速度、固定されたランダムなゲート列のいずれかに限られている。今回我々は、集積化ナノフォトニクスを用いて多光子量子回路動作を実行するハードウエアとソフトウエアのフルスタックシステムについて報告する。このシステムは、室温で動作するプログラマブル・チップで、完全自動化された制御システムと接続されている。このシステムによって、単一時間モードにおける2モードスクイーズト状態として初期化される最大8モードの強くスクイーズされた真空、完全に汎用的でプログラム可能な4モード干渉計、全ての出力での光子数分解読み出しを必要とする量子アルゴリズムを、離れたユーザーが実行できるようになった。強いスクイージングと高いサンプリング速度によって、これまでのあらゆるプログラム可能な量子光学的実証を超える光子数と速度で、多光子事象の検出が可能になった。我々は、このデバイスの出力の非古典性を検証し、このプラットフォームを用いて、ガウシアンボソンサンプリング、分子振電スペクトル、グラフ類似性という3種類の量子アルゴリズムの原理実証を行った。これらの実証の結果は、今回のプラットフォームが、量子情報処理向けフォトニック技術のスケーリングの出発点として有効であることを立証している。

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