通过稳健定向耦合器实现高保真集成量子光子逻辑
光学
2026-01-14 v2 量子物理
摘要
可扩展的量子信息处理需要具备高保真度和稳健性的量子逻辑运算。定向耦合器作为实现量子干涉和逻辑运算的基本单元，本质上对制造缺陷和环境波动敏感，导致阀门保真度下降。本文实验演示了一种被动设计策略，通过在均匀定向耦合器中利用稳定几何配置来抑制这些误差，其中对耦合系数的一次变动在本质上被抑制。该稳健几何在采用硅基绝缘芯片实现的两光子受控非门(CNOT量子门)上进行测试，其性能直接与非优化设计进行比较。测量结果表明，稳健实现的平均阀门保真度为 ，明显优于非稳健实现的平均保真度 ，且无需任何主动调谐或占用面积增加。该性能接近由不完美源头所决定的理论极限 。Monte Carlo仿真 incorporating realistic fabrication noise 确认了所观察到的提升，揭示了在阀门级误差率方面保持一致抑制。这些结果表明，一种紧凑且对制造容差的构建模块可用于可扩展、容错的光子量子电路，凸显了被动几何误差缓解在量子硬件设计中的潜力。
引用
@article{arxiv.2502.20069,
title = {High-Fidelity Integrated Quantum Photonic Logic Via Robust Directional Couplers},
author = {Jonatan Piasetzky and Khen Cohen and Yehonatan Drori and Amit Rotem and Yuval Warshavsky and Yaron Oz and Haim Suchowski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.20069},
year = {2026}
}