Универсальная платформа квантовых вычислений на основе одиночных фотонов

Квантовые вычисления направлены на использование квантовых явлений для эффективного выполнения вычислений, невозможных даже для самых мощных классических суперкомпьютеров. Среди перспективных технологических подходов фотонные квантовые вычисления обладают преимуществами, связанными с низкой декогеренцией, обработкой информации при умеренных требованиях к криогенике, а также естественной интеграцией с классическими и квантовыми сетями. До настоящего времени демонстрации квантовых вычислений с использованием света реализовывали конкретные задачи на специализированной аппаратуре, в частности гауссовскую выборку бозонов, которая позволяет продемонстрировать квантовое вычислительное преимущество. Здесь мы сообщаем об универсальном прототипе квантового компьютера на основе одиночных фотонов, доступном через облачную платформу. Устройство включает высокоэффективный источник одиночных фотонов на основе квантовой точки, соединённый с универсальной линейной оптической сетью на реконфигурируемом чипе; аппаратные ошибки компенсируются процессом транспиляции, обученным методами машинного обучения. Полный программный стек обеспечивает удалённое управление устройством для выполнения вычислений с помощью логических вентилей или прямых фотонных операций. Для вычислений на основе вентилей мы оценили однокубитные, двухкубитные и трёхкубитные вентили, получив точности, соответствующие современному уровню, 99,6 ± 0,1%, 93,8 ± 0,6% и 86 ± 1,2% соответственно. Кроме того, мы реализовали вариационный квантовый решатель собственных значений, с помощью которого рассчитали энергетические уровни молекулы водорода с химической точностью. Для вычислений, использующих фотонные операции, мы реализовали алгоритм классификации на основе трёхфотонной квантовой нейронной сети и продемонстрировали выборку бозонов с шестью фотонами на универсальной реконфигурируемой интегральной схеме. Наконец, мы сообщили о генерации детектируемой по herald-сигналу трёхфотонной запутанности — ключевой вехе на пути к квантовым вычислениям на основе измерений.