空間光モジュレーターを使用したシングルフォトン3 quit量子ロジック

単一の光子の情報キャリー容量は、空間、時間、および偏光の複数の自由度を活用することにより、大幅に拡張できます。光子ごとに複数のキュービットをエンコードできますが、現在までに2 quit quit片型の量子操作のみが実現されています。ここでは、光子偏光と横方向の単一光子場の2次元空間特性対称性を活用する3 quitシングルフォトン、線形、決定論的な量子ゲートの実験的実証を報告します。これらのゲートは、制御された単一ゲートを実装するための堅牢で非浸透性の多用途のプラットフォームを提供する偏光感受性空間光変調器を使用して実装されます。ここでの偏光は、2つの空間特性ターゲットキクに分離可能または絡み合っている単一操作のコントロールキュービットを表します。このようなゲートは、単一光子密度マトリックスの断層的再構成によって確認される、最大限に絡み合った3 quit greenberger-horne-zeilingerおよびw状態を生成するのに役立ちます。この戦略は、少ない量子情報処理プロトコルで使用するための幅広い3 quit状態および操作へのアクセスを提供します。フォトンは量子情報処理に不可欠ですが、現在までに2 quit単一光子操作のみが実現されています。ここでは、著者は、空間的特性対称性とともに偏光を利用することにより、3 quit単一光子線形決定論的​​量子ゲートを実験的に示します。

The information-carrying capacity of a single photon can be vastly expanded by exploiting its multiple degrees of freedom: spatial, temporal, and polarization. Although multiple qubits can be encoded per photon, to date only two-qubit single-photon quantum operations have been realized. Here, we report an experimental demonstration of three-qubit single-photon, linear, deterministic quantum gates that exploit photon polarization and the two-dimensional spatial-parity-symmetry of the transverse single-photon field. These gates are implemented using a polarization-sensitive spatial light modulator that provides a robust, non-interferometric, versatile platform for implementing controlled unitary gates. Polarization here represents the control qubit for either separable or entangling unitary operations on the two spatial-parity target qubits. Such gates help generate maximally entangled three-qubit Greenberger-Horne-Zeilinger and W states, which is confirmed by tomographical reconstruction of single-photon density matrices. This strategy provides access to a wide range of three-qubit states and operations for use in few-qubit quantum information processing protocols.Photons are essential for quantum information processing, but to date only two-qubit single-photon operations have been realized. Here the authors demonstrate experimentally a three-qubit single-photon linear deterministic quantum gate by exploiting polarization along with spatial-parity symmetry.