基于 Greenberger-Horne-Zeilinger 态的可扩展量子计算全光架构路线图

线性光学量子计算除光子丢失外，还受缺乏确定性纠缠操作之困。受实验前沿在确定性生成各类多光子纠缠态方面进展的推动，我们提出一种利用三光子 Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态可用性的线性光学量子计算架构。我们的架构及其子变体使用 GHZ 态中的偏振光子、偏振分束器、延迟线、光开关与亮灭探测器。我们将拓扑量子纠错码与三量子比特重复码级联，估算出本架构可容忍高达 $11.5 \%$ 的极高光子丢失率；这带来至少比已知方案高一个数量级的剧烈改变。进而，以三光子 GHZ 态为资源，我们估算以 $10^{-6}~(10^{-15})$ 精度执行门操作所需的资源开销为 $2.0\times10^6~(5.6\times10^7)$。相较于其他全光方案，我们的架构亦具资源高效性。此外，若更大 GHZ 态可用，资源开销还可进一步降低。鉴于其在光子丢失阈值上的显著提升及近期多光子纠缠生成的进展，我们的方案将使可扩展光子量子计算更近现实。