QCE-1 - система для обучения квантовым вычислениям

Система QCE-1 представляет собой простую модель для оптических квантовых вычислений, которая помогает исследовать процесс подготовки состояний, ввода основных операций логических вентилей, а также изучить логические таблицы истинности и вероятностный характер результатов вычислений. В ходе экспериментов можно продемонстрировать возможности ускорения квантовых вычислений с помощью определенных квантовых алгоритмов.

Система разделена на два модуля: экспериментальный модуль подготовки двухфотонного состояния, реализации логических вентилей алгоритма Дойча-Йожи и измерения квантового состояния, а также модуль подсчёта числа фотонов и совпадений. Сначала происходит преобразование части падающих фотонов в двухфотонные состояния благодаря процессу спонтанного параметрического рассеяния (СПР) в нелинейном кристалле BBO (бората бария). Затем реализуются четыре схемы из логических вентилей алгоритма Дойча-Йожи с помощью комбинации волновых пластин, поляризационных светоделителей и других линейных оптических элементов. Изменение угла поворота волновой пластины в сочетании с поляризационным светоделителем позволяет получить различные базисные вектора и провести ряд проекционных измерений, в результате чего и формируется выходное состояние. 

Особенности:

• Компактные размеры.
• Проведение реальных однокубитных и двухкубитных квантовых вычислений.
• Высокая масштабируемость.
• Не требует специальных условий работы и расходов на эксплуатацию.

Схема экспериментальной установки:


1 – Полупроводниковый лазер (405 нм).
2 – Плосковыпуклая линза с фокусным расстоянием 50 мм (405 нм).
3 – Светофильтр (405 нм).
4 – Нелинейный кристалл бората бария (BBO).
5 – Плосковыпуклая линза с фокусным расстоянием 50 мм (810 нм).
6 – Плоское зеркало (810 нм).
7 – Светофильтр (810 нм).
8 – Поляризационного светоделитель (810 нм).
9A, 9B – Полуволновая пластина (810 нм).
10A, 10B, 11A, 11B, 12A, 12B – Плоское зеркало (810 нм).
13 – Линейный транслятор. 
14 – Фазовая пластина на 22,5° (810 нм). 
15 – Поляризационный светоделитель (810 нм).
16A, 16B – Фазовая пластина на 45° (810 нм).
17A, 17B – Плоское зеркало (810 нм). 
18A, 18B – Поляризационный светоделитель (810 нм).
19A, 19B – Фазовая пластина на 45° (810 нм).
20, 21A, 21B – Полуволновая пластина (810 нм). 
22A, 22B – Поляризационного светоделитель (810 нм).
23A – 24B – Система ввода излучения в оптическое волокно.