不同光学网络结构玻色采样发生随机光子损失的模拟研究

玻色采样机是最有可能真正意义上实现量子优势的专用量子计算机之一,其在量子化学等领域也有着很好的应用前景.然而,光子损失相关的噪声会引起玻色采样样本的误差.为了研究光子损失对玻色采样的影响,基于等效分束器原理,对玻色采样展开经典的模拟研究.对于对应任意幺正矩阵的两种光学网络,当在每一个光学单元中有一定概率发生光子损失时,发现具有Clements结构光学网络的玻色采样相比于Reck结构的样本误差更小.进一步地,当光子损失的概率符合正态分布时,发现若光子损失概率平均值不变,标准差越大,玻色采样的样本误差越大.最后,考虑输出光子数的实验结果表明,随着光子损失概率的提高,无光子损失的输出组合比例急剧下降,说明光子损失会明显影响玻色采样的量子优势.随机光子损失的玻色采样模拟研究有助于玻色采样实验的开展,为含噪声量子计算研究提供思路.

光子非全同和光子损失的玻色采样模拟研究

玻色采样可有效模拟量子效应下的采样问题,为验证量子计算的指数级加速能力提供了新思路。现实中大规模光子的不可分辨性难以制备,这极大地限制了玻色采样的计算复杂度优势。为了研究光子全同度及光子损失概率对玻色采样概率分布的影响,基于Reck模型,对6光子10模式的玻色采样过程进行了仿真。实验结果表明,光子间的全同度越低、光子损失概率越大,输出组合概率与理想情况的误差就越大,且误差的变化速度越小;当非全同光子的数目由0变为1时,玻色采样输出组合概率的误差变化幅度最大;随着非全同光子数目的增加,玻色采样输出组合的精度逐渐降低,但降低的速度减小。研究结果显示,基于Reck模型的玻色采样对光子间的全同度、非全同光子的数量以及光学网络中的光子损失十分敏感。

马尔可夫链蒙特卡罗光子损失玻色采样模拟

光子在制备、传播和探测的过程中产生的损失极大地限制了玻色采样的量子计算优越性。为研究光学网络中光子损失对玻色采样结果的影响,基于Clements模型,通过马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法实现了4光子8模式的玻色采样模拟,并通过贝叶斯检验方法,对模拟获取的玻色采样结果和光子源处产生光子损失的玻色采样进行了区分。模拟结果表明,基于引入光子损失的光学网络,利用MCMC方法获取的采样结果均能有效通过贝叶斯检验。当MCMC采样样本之间的跳跃样本数增大,通过检验所需的样本数均逐渐减少并趋于稳定。而随着光学网络规模的增大,MCMC方法需要更大的跳跃样本数以达到快速通过贝叶斯检验的需求。通过MCMC方法成功模拟了光学网络中发生光子损失的玻色采样过程,为考虑误差的玻色采样研究提供了参考。

关于光子可否分裂的讨论

针对目前对光子认识的不同意见 ,运用量子场论的观点 ,讨论了光子可否分裂的问题 .

利用原子和光腔作用实现受控非门

分别在2个基态｜g1〉和｜g2〉上制备2个相同的五能级Λ型原子,再将其通过一个双模（a模和b模）光腔,其中a模光子耦合下能级｜g〉到中间能级｜e〉的跃迁,b模光子耦合中间能级｜e〉到上能级｜f〉的跃迁,耦合强度分别为ga和gb.将信息编码在腔模的偏振光子态上,在原子通过光腔后测量腔的偏振光子态.数值计算结果表明：通过控制原子与内腔场的相互作用时间可实现受控非门;当单光子失谐Δ=0.5g,g/k=2～10时,保真度均大于99%.