Ανάπτυξη αξιόπιστων κουαντικών πυλών είναι ένα θεμελιώδες στοιχείο της κουαντικής επεξεργασίας πληροφοριών. Ωστόσο, η επίτευξη κλιμάκωσης και συμπίεσης υψηλής ποιότητας μονάδων μετατροπής σε υψηλής διάστασης χώρους παραμένει μια σημαντική πρόκληση.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα, επιστήμονες στην Κίνα πρότειναν τη χρήση διασπαστικών βαθιών νευρωνικών δικτύων (D2NN) για την κατασκευή μιας σειράς υψηλής διάστασης κουαντικών πυλών που κωδικοποιούνται από χωρικές λειτουργίες φωτονίων. Αυτό το έργο, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Light: Science & Applications, προσφέρει ένα νέο παράδειγμα για το σχεδιασμό κουαντικών πυλών χρησιμοποιώντας μηχανική μάθηση.
Οι κουαντικοί υπολογιστές υπόσχονται να ανατρέψουν τις μεθόδους επεξεργασίας πληροφοριών μας, και οι αξιόπιστοι κουαντικοί λογικοί πύλες παίζουν ένα κρίσιμο ρόλο σε αυτό. Ενώ έχουν ήδη παρουσιαστεί διάφορα είδη κουαντικών πυλών, οι κουαντικές φωτονικές πύλες είναι φυσικά συμβατές με την κουαντική επικοινωνία και προκαλούν μεγάλο ενδιαφέρον στον τομέα της κουαντικής πληροφορία.
Η άπειρη πολυπλοκότητα ορθογώνιων βάσεων των φωτονίων χωρικής λειτουργίας προσφέρει ένα ευρύ κωδικοποιητικό αλφάβητο, προωθώντας την δημιουργικότητα στην επεξεργασία κουαντικής πληροφορίας υψηλής διάστασης. Ωστόσο, η επίτευξη υψηλής διάστασης μετατροπών μονάδων ακριβούς και συμπαγούς διατηρώντας ταυτόχρονα υψηλή πιστότητα αποτελεί ακόμα μια σημαντική πρόκληση.
Μια ομάδα επιστημόνων υπό την ηγεσία της καθηγήτριας Jia Wang από το Εθνικό Εργαστήριο Οπτοηλεκτρονικής στο Ουχάν και τη Σχολή Οπτικής και Ηλεκτρονικών Πληροφοριών στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Χουαζόνγκ στην Κίνα, καθώς και το Εργαστήριο της Οπτικής Κοιλάδας στην Κίνα, παρουσίασε την αξιοποίηση διασπαστικών βαθιών νευρωνικών δικτύων (D2NN) για την κατασκευή μιας σειράς υψηλής διάστασης κουαντικών πυλών κωδικοποιημένων από φωτονικές χωρικές λειτουργίες.
Υλοποίησαν βασισμένες σε τρεις διαστάσεις πύλες X και Hadamard που κωδικοποιούνται χρησιμοποιώντας τρεις τρόπους Laguerre-Gaussian. Αυτές οι πύλες παρουσίαζαν υψηλή πιστότητα έως και 99,4(3)% που χαρακτηρίζεται από κβαντική παραδειγματοληψία διαδικασιών. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν επίσης μια μοναδική μέθοδο κωδικοποίησης που επιτρέπει την κωδικοποίηση δύο bits πληροφορίας χρησιμοποιώντας τέσσερις τροχιακούς ορμούς ορμήτων φωτονίων.
Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, επιτεύχθηκε η μετατροπή περιστροφής της κατεύθυνσης του μέτωπου του OAM (πρόσημο λειτουργίας) σύμφωνα με την ακολουθία τρόπων. Ο πίνακας διεργασίας της πύλης controlled-NOT που ανακατασκευάστηκε είχε πιστότητα 99,6(2)%. Αυτή η υψηλής απόδοσης πύλη επιτρέπει αξιόπιστες κουαντικές υπολογισμούς.
Οι επιστήμονες απέδειξαν επίσης την εφαρμογή αυτής της προσέγγισης επιτυγχάνοντας με επιτυχία τον αλγόριθμο του Deutsch, ο οποίος περιλαμβάνει την εκτέλεση ενός πλήρους κουαντικού κυκλώματος που αποτελείται από δύο κυβικά βίτ. Αυτή η επίδειξη επιβεβαιώνει τη δυνατότητα εκτέλεσης πολύπλοκων λειτουργιών ή ακόμη και κουαντικών κυκλωμάτων.
Οι πειραματικές επιδείξεις όλων των προαναφερόμενων πυλώνα αποκαλύπτουν τα οφέλη σε συμπαγές μέγεθος, κλιμάκωση και αντοχή σε διάφορους τρόπους βάσεων. Επιπλέον, βασισμένοι σε μια διαμορφωτή της φάσης μεταλλαγμένης συσκευής προβολής, αυτή η υλοποίηση υποστηρίζει έξυπνες λύσεις, επιδεικνύοντας απίστευτο δυναμικό στην εκτέλεση αυτόματων πρωτοκόλλων που πραγματοποιούν τις επιθυμητές λειτουργίες ή βελτιστοποιούν την πειραματική απόδοση.
Για να παρέχουν κατευθυντήριες γραμμές για τα πειράματα, οι επιστήμονες ανέλυσαν τη σχέση μεταξύ της απόδοσης των κουαντικών πυλών και διάφορων παραμέτρων, όπως οι απώλειες και τα χαρακτηριστικά του χωρικού φωτοαναλυτή. Επιπλέον, πραγμάτωσαν μια συγκριτική ανάλυση απόδοσης των κουαντικών πυλών D2NN σε σύγκριση με την παραδοσιακή προσέγγιση αντιστοίχησης μετώπου κύματος, καταλήγοντας ότι η προσέγγισή τους βελτιώνει σημαντικά την ορατότητα με ελάχιστες απώλειες ενέργειας.
Για περισσότερες πληροφορίες:
Ομάδα των Qianke Wang κ.ά., Ultrahigh-fidelity spatial mode quantum gates in high-dimensional space by diffractive deep neural networks, Light: Science & Applications (2024). DOI: 10.1038/s41377-023-01336-7
Πηγή:
TranSpread
Πηγή:
High-Fidelity Spatial Mode Quantum Gates Provided by Diffractive Neural Networks (2024, Φεβρουάριος 7)
Ανακτήθηκε Φεβρουάριος 7, 2024, από https://phys.org/news/2024-02-high-fidelity-spatial-mode-quantum.html
Το παρόν έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από οποιαδήποτε δίκαιη χρήση για προσωπική μελέτη ή ερευνητικούς σκοπούς, καμία μέρος του δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Ο περιεχόμενος παρέχεται για ενημερωτικούς σκοπούς μόνο.
Τμήμα Συνήθων Ερωτήσεων (FAQ) με βάση τα κύρια θέματα και τις πληροφορίες που παρουσιάστηκαν στο άρθρο:
1. Ποια είναι η πρόκληση στην κατασκευή αξιόπιστων υψηλής διάστασης κουαντικών πυλών;
Η κατασκευή αξιόπιστων υψηλής διάστασης κουαντικών πυλών αποτελεί σημαντική πρόκληση.
2. Ποια λύση πρότειναν Κινέζοι επιστήμονες για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα;
Κινέζοι επιστήμονες πρότειναν τη χρήση διασπαστικών βαθιών νευρωνικών δικτύων (D2NN) για την κατασκευή μιας σειράς υψηλής διάστασης κουαντικών πυλών.
3. Ποια οφέλη προσφέρουν οι κουαντικές φωτονικές πύλες;
Οι κουαντικές φωτονικές πύλες είναι φυσικά συμβατές με την κουαντική επικοινωνία και προκαλούν μεγάλο ενδιαφέρον στον τομέα της κουαντικής πληροφορίας.
4. Ποιες δυνατότητες προσφέρει η άπειρη πλεονασματικής βάσεων σε φωτονίων χωρικής λειτουργίας;
Η άπειρη πλεονασματικής βάσεων σε φωτονίων χωρικής λειτουργίας προσφέρει ένα ευρύ κωδικοποιητικό αλφάβητο, προωθώντας τη δημιουργικότητα στην κουαντική επεξεργασία πληροφορίας υψηλής διάστασης.
5. Ποια αποτελέσματα επίτευξε η ομάδα των κινέζικων επιστημόνων στο πείραμά τους;
Η ομάδα των κινέζικων επιστημόνων επέτυχε την υλοποίηση υψηλής διάστασης κουαντικών πυλών που είχαν υψηλή πιστότητα που χαρακτηρίζεται από την κβαντική τομογραφία διαδικασιών.
6. Ποια οφέλη είχε η εφαρμογή των πυλών D2NN;
Οι πειραματικές επιδείξεις των πυλών D2NN αποκάλυψαν οφέλη όπως το συμπαγές μέγεθος, η κλιμάκωση και η αντοχή σε διάφορους τρόπους βάσεων.
7. Ποιες αναλύσεις πραγματοποίησαν οι επιστήμονες σχετικά με την απόδοση των κουαντικών πυλών;
Οι επιστήμονες πραγματοποίησαν συγκριτική ανάλυση της απόδοσης των πυλών D2NN σε σύγκριση με την παραδοσιακή προσέγγιση αντιστοίχησης μετώπου κύματος, καταλήγοντας ότι η προσέγγισή τους βελτιώνει σημαντικά την ορατότητα με ελάχιστες απώλειες ενέργειας.
8. Πού μπορεί κανείς να βρει περισσότερες πληροφορίες για αυτό το θέμα;
Περισσότερες πληροφορίες μπορούν να βρεθούν στο άρθρο “Ultrahigh-fidelity spatial mode quantum gates in high-dimensional space by diffractive deep neural networks” που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Light: Science & Applications.
Ορισμοί βασικών όρων:
– Κουαντικές Πύλες: Αυτές είναι θεμελιώδη στοιχεία της κουαντικής επεξεργασίας πληροφοριών που πραγματοποιούν λειτουργίες σε κουαντικές καταστάσεις.
– Φωτόνιο: Είναι ένας στοιχειώδης μεταλλαγμένος σωματίδιο που αντιπροσωπεύει ένα κομμάτι του ηλεκτρομαγνητικού φωτός.
– Φωτονίων Χωρικής Λειτουργίας: Αντιπροσωπεύουν διαφορετικές διαμορφώσεις ενός φωτονίου στον χώρο, όπως η μορφή, η κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου κ.λπ.
– Βαθιά Νευρωνικά Δίκτυα (D2NN): Αυτά είναι διασπαστικά βαθιά νευρωνικά δίκτυα που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κουαντικών πυλών.
Προτεινόμενοι σχετικοί σύνδεσμοι:
– phys.org (κύριος σύνδεσμος τομέα) – Ένας ιστότοπος που περιλαμβάνει άρθρα για επιστήμη, αγορά εργασίας και τεχνολογία.
– Light: Science & Applications (κύριος σύνδεσμος τομέα) – Ένα επιστημονικό περιοδικό που επικεντρώνεται στην έρευνα στον τομέα του φωτός και των εφαρμογών του.
The source of the article is from the blog japan-pc.jp