Gate quantistici fan-out scalabili a lunga distanza con un overhead di risorse ridotto

Abstract degli autori

I gate quantistici scalabili a lunga distanza sono essenziali per la computazione quantistica distribuita e per reti quantistiche scalabili. Proponiamo uno schema efficiente per implementare un gate fan-out a $n$ qubit $C^n$ (noto anche come gate controllato-NOT-$\cdots$-NOT) tra parti separate nello spazio. Il nostro protocollo richiede soltanto uno stato di Greenberger-Horne-Zeilinger a $n$ qubit condiviso in precedenza, $n$ gate controllati-NOT (CNOT) locali e operazioni feed-forward; riduce così di $(n-2)$ sia il numero di gate CNOT sia quello di gate Hadamard, rispetto all’approccio standard basato sulla decomposizione. Sviluppiamo inoltre due architetture ottiche per implementare, rispettivamente, gate fan-out a $n$ fotoni con heralding e post-selezionati. Questi schemi richiedono meno risorse di fotoni singoli e raggiungono probabilità di successo più elevate rispetto alle controparti basate sulla decomposizione, rappresentando miglioramenti significativi. I risultati indicano che il nostro approccio è sperimentalmente fattibile e apre la strada alla computazione quantistica pratica a lunga distanza.