3、光学量子计算：原理、方案与发展

光学量子计算：原理、方案与发展

在量子计算的广阔领域中，光学量子计算作为一种极具潜力的实现方式，正吸引着众多科研人员的关注。本文将深入探讨光学量子计算的多种方案，包括基于光学的量子门实现、量子隐形传态计算、KLM 方案以及单向量子计算等，带您领略光学量子计算的魅力与挑战。

1. 光学量子门与奇偶校验

在光学量子计算里，奇偶校验门是构建 CNOT 门的关键要素。Pittman 提出的 CNOT 门如图 1.8 所示，它基于特定的量子态转换规则。例如，对于不同输入态，像 (|\mathrm{H},\mathrm{H}\rangle_{ab})、(|\mathrm{H},\mathrm{V}\rangle_{ab})、(|\mathrm{V},\mathrm{H}\rangle_{ab}) 和 (|\mathrm{V},\mathrm{V}\rangle_{ab})，会有相应的输出态转换。其中，(|\mathrm{HV},0\rangle_{cd}) 表示垂直偏振光子和水平偏振光子都从通道 c 输出，通道 d 无输出。

对通道 c 进行投影测量 (\frac{(|\mathrm{H}\rangle \pm |\mathrm{V}\rangle)}{\sqrt{2}}) 可实现奇偶校验。若在通道 c 检测到一个光子，输入量子比特具有相同逻辑值；若未检测到光子或检测到两个光子，输入量子比特逻辑值不同。两个奇偶校验门和一个最大纠缠态 (\vert\phi^{+}\rangle = \frac{(|\mathrm{H},\mathrm{H}\rangle + |\mathrm{V},\mathrm{V}\rangle)}{\sqrt{2}}) 作为辅助，可构成成功概率为 1/4 的 CNOT