使用复合分段定向耦合器实现高保真 CNOT 门
光学
2025-12-04 v2 量子物理
摘要
集成光子电路是可扩展量子信息处理的有前景平台，但其性能常受制于组件对制造缺陷的敏感性。定向耦合器是集成量子逻辑门的关键构件，尤其容易受到此类限制，其强烈依赖于几何和光谱参数，降低了门的保真度。本文展示，复合分段定向耦合器(CSDC)提供了一种对制造容差更好的替代方案，可在无主动调谐的情况下提高门的保真度。我们设计并制造了一个完全集成的受控非极性(CNOT)门，包含均匀和复合耦合器两种变体，并通过仿真、经典表征和量子两光子干涉进行比较。复合设计将平均错误概率降低了近乎一个因子，并将变异性降低了五倍。残余误差主要受限于光子不可辨识性。经典矩阵重建确认了与理想CNOT操作的改进一致性。这些结果确立了CSDC作为紧凑、被动且兼容制造的可靠可扩展量子光子电路的构件。
引用
@article{arxiv.2509.25505,
title = {High fidelity CNOT gates in photonic integrated circuits using composite segmented directional couplers},
author = {Jonatan Piasetzky and Amit Rotem and Yuval Warshavsky and Yehonatan Drori and Khen Cohen and Yaron Oz and Haim Suchowski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.25505},
year = {2025}
}