RU2021126244A - Линейный оптический управляемый z-вентиль, содержащий квантовую память - Google Patents

Claims (98)

1. Линейный оптический CZ-вентиль, содержащий:

оптический канал A1, содержащий входной конец A1 и выходной конец A1;

оптический канал A2, содержащий входной конец A2 и выходной конец A2, в котором первая квантовая память оптически связана с оптическим каналом A2;

оптический канал B1, содержащий входной конец B1 и выходной конец B1, в котором:

вторая квантовая память оптически связана с оптическим каналом B1; и

оптический канал A2 и оптический канал B1 сходятся на общем оптическом канале после первой квантовой памяти и второй квантовой памяти;

нелинейный знаковый вентиль, оптически связанный с общим оптическим каналом; и

оптический канал B2, содержащий входной конец B2 и выходной конец B2.

2. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, в котором оптический канал A2 и оптический канал B1 отходят от общего оптического канала после нелинейного знакового вентиля.

3. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, дополнительно содержащий:

первый оптический переключатель, оптически связанный с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 между первой и второй квантовой памятью и общим оптическим каналом; и

второй оптический переключатель, оптически связанный с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 между общим оптическим каналом и выходным концом A2 и между общим оптическим каналом и выходным концом B1.

4. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 3, в котором:

оптический канал A2 содержит первую ветвь канала A2, проходящую от входного конца A2 к первому оптическому переключателю, и вторую ветвь канала A2, проходящую от второго оптического переключателя к выходному концу A2; и

оптический канал B1 содержит первую ветвь канала B1, проходящую от входного конца B1 к первому оптическому переключателю, и вторую ветвь канала B1, проходящую от второго оптического переключателя к выходному концу B1.

5. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, дополнительно содержащий:

первую оптическую развязку, оптически связанную с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 в положении между входным концом A2 и первой квантовой памятью и между входным концом B1 и второй квантовой памятью; и

вторую оптическую развязку, оптически связанную с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 в положении между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом A2 и между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом B1.

6. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, дополнительно содержащий:

третью квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом A2 между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом A2;

четвертую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом B1 между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом B1;

пятую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом A1 между входным концом A1 и выходным концом A1; и

шестую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом B2 между входным концом B2 и выходным концом B2.

7. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, в котором первая квантовая память выполнена с возможностью поглощать фотон, представляющий квантовое состояние, и испускать фотон, имеющий квантовое состояние принятого фотона, к нелинейному знаковому вентилю.

8. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, в котором нелинейный знаковый вентиль содержит:

первый вспомогательный канал, содержащий первый входной конец, оптически связанный со вспомогательным источником фотона, и первый выходной конец, оптически связанный с первым детектором фотона;

второй вспомогательный канал, содержащий второй входной конец и второй выходной конец, в котором второй выходной конец оптически связан со вторым детектором фотона; и

центральную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и общим оптическим каналом между вспомогательным источником фотона и первым детектором фотона.

9. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 8, в котором нелинейный знаковый вентиль дополнительно содержит:

первую вспомогательную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и вторым вспомогательным каналом между вспомогательным источником фотона и центральной оптической развязкой; и

вторую вспомогательную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и вторым вспомогательным каналом между центральной оптической развязкой и вторым детектором фотона.

10. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 8, в котором вспомогательный источник фотона содержит источник одиночного фотона, и каждый из первого детектора фотона и второго детектора фотона содержит детектор одиночного фотона.

11. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, в котором нелинейный знаковый вентиль представляет собой один, и только один нелинейный знаковый вентиль в линейном оптическом CZ-вентиле.

12. Способ работы линейного оптического CZ-вентиля, содержащий:

поглощение, с использованием первой квантовой памяти линейного оптического CZ-вентиля, первого квантового состояния, принятого первой квантовой памятью, причем линейный оптический CZ-вентиль дополнительно содержит:

оптический канал A1, содержащий входной конец A1 и выходной конец A1;

оптический канал A2, содержащий входной конец A2 и выходной конец A2, в котором первая квантовая память оптически связана с оптическим каналом A2;

оптический канал B1, содержащий входной конец B1 и выходной конец B1, в котором вторая квантовая память оптически связана с оптическим каналом B1, причем оптический канал A2 и оптический канал B1 сходятся на общем оптическом канале после первой квантовой памяти и второй квантовой памяти;

нелинейный знаковый вентиль, оптически связанный с общим оптическим каналом; и

оптический канал B2, содержащий входной конец B2 и выходной конец B2;

поглощение, с использованием второй квантовой памяти, второго квантового состояния, принятого второй квантовой памятью;

испускание первого квантового состояния из первой квантовой памяти в нелинейный знаковый вентиль;

выполнение функции смены знака в нелинейном знаковом вентиле с использованием первого квантового состояния;

испускание второго квантового состояния из второй квантовой памяти в нелинейный знаковый вентиль; и

выполнение функции смены знака в нелинейном знаковом вентиле с использованием второго квантового состояния.

13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий:

направление квантового состояния A1 во входной конец A1 оптического канала A1;

направление квантового состояния A2 во входной конец A2 оптического канала A2, где квантовые состояния A1 и A2 определяют первый логический кубит;

направление квантового состояния B1 во входной конец B1 оптического канала B1; и

направление квантового состояния B2 во входной конец B2 оптического канала B2, где квантовые состояния B1 и B2 определяют второй логический кубит, причем:

первая оптическая развязка является оптически связанной с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 в положении между входным концом A2 и первой квантовой памятью и между входным концом B1 и второй квантовой памятью;

вторая оптическая развязка является оптически связанной с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 в положении между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом A2 и между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом B1;

первое квантовое состояние является одним из квантовых состояний A1-B2; и

второе квантовое состояние является одним из квантовых состояний A1-B2.

14. Способ по п. 13, в котором:

когда квантовое состояние A1 содержит одиночный фотон, а квантовое состояние A2 содержит нулевые фотоны, первый логический кубит находится в состоянии 0;

когда квантовое состояние A1 содержит нулевые фотоны, а квантовое состояние A2 содержит одиночный фотон, первый логический кубит находится в состоянии 1;

когда квантовое состояние B1 содержит одиночный фотон, а квантовое состояние B2 содержит нулевые фотоны, второй логический кубит находится в состоянии 1; и

когда квантовое состояние В1 содержит нулевые фотоны, а квантовое состояние В2 содержит одиночный фотон, второй логический кубит находится в состоянии 0.

15. Способ по п. 12, в котором выполнение функции смены знака на первом квантовом состоянии содержит:

направление вспомогательного фотона из вспомогательного источника фотона нелинейного знакового вентиля в первый входной конец первого вспомогательного канала нелинейного знакового вентиля, причем нелинейный знаковый вентиль дополнительно содержит:

первый детектор фотона, оптически связанный с первым выходным концом первого вспомогательного канала;

второй вспомогательный канал, содержащий второй входной конец и второй выходной конец;

второй детектор фотона, оптически связанный со вторым выходным концом;

центральную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и общим оптическим каналом между вспомогательным источником фотона и первым детектором фотона;

первую вспомогательную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и вторым вспомогательным каналом между вспомогательным источником фотона и центральной оптической развязкой; и

вторую вспомогательную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и вторым вспомогательным каналом между центральной оптической развязкой и вторым детектором фотона;

получение первого квантового состояния на центральной оптической развязке;

обнаружение одиночного фотона на первом детекторе фотона; и

обнаружение нулевых фотонов на втором детекторе фотона.

16. Способ по п. 12, в котором:

первое квантовое состояние направляется из первой квантовой памяти в первый оптический переключатель, оптически связанный с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 между первой и второй квантовой памятью и общим оптическим каналом;

первый оптический переключатель находится в первом положении, оптически связывающем оптический канал A2 и общий оптический канал так, что первое квантовое состояние достигает нелинейного знакового вентиля и подвергается функции смены знака; и

способ дополнительно содержит переключение первого оптического переключателя из первого положения во второе положение, в котором оптический канал B1 оптически связан с общим оптическим каналом так, что второе квантовое состояние направляется из второй квантовой памяти в первый оптический переключатель, а затем в нелинейный знаковый вентиль, где второе квантовое состояние подвергается функции смены знака.

17. Способ по п. 16, в котором:

после выполнения функции смены знака в нелинейном знаковом вентиле с использованием первого квантового состояния способ дополнительно содержит направление первого квантового состояния после вентиля из нелинейного знакового вентиля через второй оптический переключатель, который находится в первом положении, в третью квантовую память, где первое квантовое состояние после вентиля поглощается; и

после выполнения функции смены знака в нелинейном знаковом вентиле с использованием второго квантового состояния, способ дополнительно содержит направление второго квантового состояния после вентиля из нелинейного знакового вентиля через второй оптический переключатель, который находится во втором положении, в четвертую квантовую память, где второе квантовое состояние после вентиля поглощается.

18. Способ по п. 17, в котором пятая квантовая память оптически связана с оптическим каналом A1, шестая квантовая память оптически связана с оптическим каналом B2, и способ дополнительно содержит:

поглощение квантового состояния, проходящего по оптическому каналу A1, пятой квантовой памятью;

поглощение квантового состояния, проходящего по оптическому каналу B2, шестой квантовой памятью; и

испускание квантового состояния синхронно из третьей квантовой памяти, четвертой квантовой памяти, пятой квантовой памяти и шестой квантовой памяти, так что квантовые состояния одновременно достигают каждого из выходного конца A1, выходного конца A2, выходного конца B1 и выходного конца B2.

19. Линейный оптический CZ-вентиль, содержащий:

оптический канал A1, содержащий входной конец A1 и выходной конец A1;

оптический канал A2, содержащий входной конец A2 и выходной конец A2, в котором

оптический канал A2 содержит первую ветвь канала A2, проходящую от входного конца A2 к первому оптическому переключателю, и вторую ветвь канала A2, проходящую от второго оптического переключателя к выходному концу A2; и

первая квантовая память оптически связана с первой ветвью канала A2;

оптический канал B1, содержащий входной конец B1 и выходной конец B1, в котором:

оптический канал B1 содержит первую ветвь канала B1, проходящую от входного конца B1 к первому оптическому переключателю, и вторую ветвь канала B1, проходящую от второго оптического переключателя к выходному концу B1;

вторая квантовая память оптически связана с первой ветвью канала B1; и

первую оптическую развязку, оптически связанную с первой ветвью канала A2 и первой ветвью канала B1 перед первой и второй квантовой памятью;

общий оптический канал, проходящий от первого оптического переключателя ко второму оптическому переключателю;

нелинейный знаковый вентиль, оптически связанный с общим оптическим каналом; и

оптический канал B2, содержащий входной конец B2 и выходной конец B2.

20. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 19, дополнительно содержащий:

третью квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом A2 между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом A2;

четвертую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом B1 между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом B1;

пятую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом A1 между входным концом A1 и выходным концом A1; и

шестую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом B2 между входным концом B2 и выходным концом B2.