Fusione deterministica e programmabile per la generazione scalabile di stati grafici fotonici

Abstract degli autori

L’entanglement negli stati grafici multip fotonici è una risorsa importante, con diverse applicazioni, come la computazione quantistica basata su misure e i ripetitori quantistici senza memoria. Sebbene siano già state preparate con successo alcune istanze elementari, la generazione scalabile di stati grafici di grandi dimensioni con connessioni programmabili resta una sfida aperta. La fusione offre un promettente approccio «divide et impera», che collega stati risorsa più piccoli per formare grafi più grandi e complessi. Tuttavia, la sua scalabilità pratica è stata limitata dalla natura probabilistica dei protocolli di fusione convenzionali, che richiede notevoli risorse hardware aggiuntive e risorse di feed-forward per ottenere esiti deterministici. Qui presentiamo e dimostriamo sperimentalmente un’operazione di fusione deterministica con mitigazione degli errori integrata, in grado di collegare piccoli stati cluster codificati in bin temporali — originariamente generati su richiesta da un emettitore quantistico — per formare stati grafici fotonici più grandi e riconfigurabili. L’operazione di fusione è realizzata proiettando in modo non distruttivo coppie di qubit fotonici volanti a microonde in stati di Bell, usando circuiti superconduttori programmabili in situ. È fondamentale che il protocollo preveda il ripristino attivo e il riutilizzo dei qubit di materia durante la generazione degli stati grafici, aggirando così i vincoli di coerenza dell’emettitore quantistico e consentendo la generazione di entanglement genuino multipartito tra 13 qubit fotonici. I nostri risultati definiscono un quadro scalabile per la sintesi di stati grafici fotonici, aprendo la strada alla computazione quantistica basata su misure tollerante ai guasti e alle reti quantistiche distribuite.