Оптические вентили для квантовых вычислений

Е. В. МЕЛЬНИЧЕНКО, Э. А. МАНЫКИН

Московский инженерно физический институт (государственный университет)

ОПТИЧЕСКИЕ ВЕНТИЛИ

ДЛЯ КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ

Реализация логических элементов на основе технологии обработки оптической информации (ТОН) с помощью эффектов типа фотонного эха. Предлагается алгоритм оптических квантовых вычислений с помощью одночастичных измерений.

Технология оптических вычислений позволяет выполнять оптическую обработку информации с помощью эффекта фотонного эха [1]. Для квантовых вычислений предлагается использовать векторно - матричный умножитель с пиксельной структурой [2]. Каждый пиксель содержит один кубит, который представляет собой ион редкоземельного элемента.

Логические вентили реализуются за счёт диполь-дипольного взаимодействия соседних псевдоспинов - аналогов реального спина для двухуровневой системы с оптическим переходом. В основном состоянии псевдоспины направлены параллельно друг другу, и диполь-дипольное взаимодействие отсутствует. Для того, чтобы создать логический элемент из кубитов, необходимо подать на выбранные соседние кубиты π/2 импульсы, и тем самым привести их во взаимодействие.

Рассматриваемая модель квантовых вычислений [2,3], использует для вычислений особую форму запутанных (entangled) состояний, называемую кластерными состояниями (cluster state). В нашей оптической схеме унитарные преобразования над кубитами производятся с помощью π/2 и π импульсов. Результат вычислений считывается некогерентным лазерным импульсом, разрушающим остаточное перепутывание.

Список литературы

1. Мельниченко Е. В., Маныкин  вычисления на основе технологии нелинейной оптики // Науч. сессия МИФИ-2004: Сб. науч. тр.: В 16 т. М.: МИФИ, 2004. Т.4. С.236-237.

2. Raussendorf R., Briegel H. J. A one-way quantum computer // Physical Review Letters. 2001. V.86. N22. P.5188-5191.

3. Briegel H. J., Raussendorf R. Persistent Entaglement in arrays of interacting particles // Physical Review Letters. 2001. V.86. N5. P.910-913.