利用光子量子行走实验实现通用量子门和六量子比特纠缠态

对于使用光子的量子计算而言，由于光子 - 光子相互作用的概率性质，执行确定性量子门操作是一个挑战。将量子比特编码在光子的多个自由度中并控制它们之间的操作，是驾驭这种概率行为的有前途的方法之一。利用单光子离散时间量子行走，结合偏振和路径自由度，我们在室温下实验演示了高保真度通用量子门集合的实现。通过光子量子行走实现的确定性量子门通过量子态层析成像进行了表征。对于使用单个光子的三量子比特系统，第一个量子比特使用偏振信息编码，另外两个量子比特使用路径信息编码，这与高尔顿板设置非常相似。为了生成六量子比特 Greenberger-Horne-Zeilinger 态，我们使用纠缠光子对来纠缠两个执行门操作的三量子比特模块。我们还提供了将光子量子行走操作映射到量子电路的见解，并提出了资源高效的扩展方法。这一演示标志着利用量子行走进行量子计算的重大进展，并为结合光子的不同自由度使用更少的光子来扩展量子比特数量提供了一个框架。