4、光学量子计算：从基础到实践

光学量子计算：从基础到实践

焊接失败与二维簇态构建

在簇态焊接过程中，焊接失败的情况有所不同。I 型焊接会导致簇链断裂，而 II 型焊接仅会缩短链长，并在被测量子比特附近产生一个冗余量子比特。由于将两条断裂的链焊接在一起会消耗资源，因此应尽可能避免 I 型焊接。不过，我们可以利用失败的 II 型焊接门的特性，在簇态链之间高效构建垂直链接，从而产生二维簇态。

具体步骤如下：
1. 对两个不同链状簇态的量子比特执行 II 型焊接门操作。
2. 若焊接门操作成功，则在链状簇态之间有效形成垂直链接，构建二维簇态。
3. 若焊接门操作失败，每个链状簇态会在顶部生成一个冗余量子比特，随后可对这两个冗余量子比特执行 I 型焊接门操作。
4. 若 I 型焊接门操作成功，则构建垂直链接；若失败，两个链状簇态将失去这两个冗余量子比特。
5. 对于足够长的簇态链，可重复此过程直至成功。

光学量子计算中的误差

在 KLM 方案中，假定单光子源、线性光学元件和单光子探测器是理想的，通过量子隐形传态将概率性量子门转变为接近确定性的量子门，从而实现可扩展的量子计算。然而，在实际的光学量子计算中，由于退相干效应，误差不可避免。幸运的是，相关学者提出了量子纠错码（QECC）的概念，并证明只要量子门的误差概率低于某个容错阈值，就可以实现任意长且准确的量子计算，这就是量子计算领域著名的阈值定理，为量子计算机的实际应用奠定了理论基础。

探测器误差

在光学量子计算中，主要通过光学探测器获取编码在光子上的量子信息。探测器主要有两种类型：一种能告知检测到的光子数量，称为可区分光子数的单光子探测器；另一种仅能告