39、基于光子量子计算的声音合成系统探索

基于光子量子计算的声音合成系统探索

1. GBS系统在PhotonSynths中的实现

在声音合成的探索中，我们采用了高斯玻色采样（GBS）系统来为PhotonSynths生成声音。该系统的电路使用非简并自发四波混频来创建压缩态。具体来说，在四个环形谐振器中，每个谐振器都会产生两个不同频率的模式，最终总共得到八个量子模式（qumodes）。出于历史原因，我们将量子模式0、1、2和3称为信号量子模式，而将量子模式4、5、6和7称为闲置量子模式。

这个电路使用了四个双模压缩器，这使得我们能够在干涉仪中让压缩光产生纠缠，从而为计算提供更多的量子力学特性。我们使用两个4×4的酉矩阵来表示电路的深度，由于电路深度为4，但涉及八个模式，所以可以将两个4×4矩阵堆叠在一起。

Strawberry Fields提供了一个函数来生成随机的N×N酉矩阵，用于构建干涉仪。在这个阶段，随机酉矩阵非常适合我们的需求。我们构建了两个相同的随机（U4）门，一个应用于信号量子模式，另一个应用于闲置量子模式。然后，通过对每个量子模式进行光子计数测量来读取这八个量子模式的信息。

所有的PhotonSynths系统都会将多次测量的结果捆绑成快照（snapshots）。在本章讨论的例子中，一个快照由八次测量组成。每个快照都会产生用于合成声音的参数，也就是说，每个声音对应一个快照。例如，200次测量将产生25个声音。实际上，每个快照在这里被表示为一个8×8的矩阵，通过对这个矩阵进行简单的操作，如取行的算术平均值或添加特定列的值等，就可以得到合成声音所需的参数。

以下是GBS的Strawberry Fields代码：