Des portes quantiques fiables constituent l’élément fondamental du traitement de l’information quantique. Cependant, réaliser des transformations unitaires de grande dimension de manière évolutive et compacte avec des fidélités ultra-hautes reste un grand défi.
Pour résoudre ce problème, des scientifiques chinois présentent l'utilisation de réseaux neuronaux à diffraction profonde (D 2 NN) pour construire une série de portes quantiques de haute dimension, codées par les modes spatiaux des photons. Ce travail, publié dans Light :Science &Applications , propose un nouveau paradigme pour la conception de portes quantiques utilisant l'apprentissage profond.
L'informatique quantique promet de transformer nos méthodologies de traitement de l'information et, à la base, des portes logiques quantiques fiables jouent un rôle essentiel dans le traitement de l'information quantique.
Bien que divers types de portes quantiques aient été démontrées, les portes quantiques photoniques sont naturellement compatibles avec les communications quantiques et ont suscité un intérêt considérable dans le domaine de l'information quantique.
L’infinité intrinsèque des bases orthogonales dans les modes spatiaux des photons offre un alphabet de codage étendu, encourageant la créativité dans le traitement de l’information quantique de haute dimension. Cependant, réaliser des transformations unitaires de grande dimension de manière précise, évolutive et compacte avec des ultra-hautes fidélités reste un défi de taille.
Une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Jian Wang du Laboratoire national d'optoélectronique de Wuhan et de l'École d'information optique et électronique de l'Université des sciences et technologies de Huazhong, en Chine, du Laboratoire Optics Valley, en Chine, et ses collègues ont démontré l'utilisation d'une technologie de diffraction profonde. réseaux de neurones (D 2 NN) pour construire une série de portes quantiques de haute dimension, codées par les modes spatiaux des photons.
Ils ont implémenté toutes les portes X tridimensionnelles et les portes Hadamard codées par trois modes Laguerre-Gaussien. Les portes présentent des fidélités ultra-hautes allant jusqu'à 99,4(3) %, telles que caractérisées par tomographie par processus quantique. Ils adoptent également une méthode de codage unique pour coder deux bits d'information, en utilisant quatre modes de moment cinétique orbital (OAM) d'un seul photon.
Avec cette méthode, ils ont réussi à échanger la direction de rotation du front d'onde de l'OAM (le signe du mode) en fonction de leurs ordres de mode. La matrice de processus reconstruite de cette porte NON contrôlée a une fidélité de 99,6(2) %, et cette porte haute fidélité permet des calculs quantiques fiables.
Ils ont également démontré l’applicabilité de cette approche en mettant en œuvre avec succès l’algorithme Deutsch, qui consiste à réaliser l’ensemble du circuit quantique à 2 qubits en fonction de leur configuration expérimentale. Cette démonstration valide le potentiel de réalisation d'opérations complexes ou même de circuits quantiques.
Les démonstrations expérimentales de toutes les portes mentionnées précédemment montrent les avantages d'un faible encombrement, d'une grande évolutivité et d'une robustesse pour différentes bases de modes. De plus, basée sur le dispositif de modulation de phase reconfigurable, cette mise en œuvre est propice au déploiement intelligent, qui montre un potentiel extraordinaire dans l'exécution de protocoles automatiques pour réaliser les opérations souhaitées ou pour optimiser les performances expérimentales.
Afin de fournir des lignes directrices pour les expériences, ils ont analysé la relation entre les performances de la porte quantique et divers paramètres, notamment la perte et les caractéristiques du modulateur spatial de lumière. De plus, ils ont mené une analyse comparative du D 2 Les performances de NN Gate par rapport à l'approche traditionnelle de correspondance de front d'onde, conduisant à la conclusion que notre approche améliore considérablement la visibilité avec un faible coût de perte d'énergie.
Plus d'informations : Qianke Wang et al, Portes quantiques en mode spatial ultra-haute fidélité dans un espace de grande dimension par réseaux de neurones profonds diffractifs, Lumière :Science et applications (2024). DOI :10.1038/s41377-023-01336-7
Informations sur le journal : La lumière :science et applications
Fourni par TranSpread
