fotoniikkakvanttipiirit

Fotoniikkakvanttipiirit ovat kvanttitietojenkäsittelyjärjestelmiä, joissa kvantti-informaatio välitetään ja käsitellään fotoneilla. Ne perustuvat usein integroituun fotoniikkaan ja lineaarifotoniikkaan, ja kvanttilaskenta toteutuu interferenssin sekä mittauksen kautta fotonien koherenssia hyväksi käyttäen. Tällaiset piirit ovat keskeisiä sekä kvanttilaskennan tutkimuksessa että kvanttitiedonsiirnissä.

Qubitit voidaan esittää useilla tavoilla: reitti- eli dual-rail -koodauksella (polkujen kautta), aika-ikkunalla (time-bin) tai polarisaatiolla. Keskeisiä komponentteja ovat yksittäisfotoneja lähteet, säteenjakajat, vaiheensäätimet ja reitityslinjat sekä fotonien mittaukseen tarkoitetut detektorit. On-chip-alustoina käytetään erityisesti silicon photonicsia, silicon nitrideä sekä lithium niobate on insulator (LNOI).

Universaali kvanttilaskenta lineaarifotoniikalla on teoreettisesti mahdollista KLM-menetelmällä, jossa mittaukset, lisäresurssit ja feed-forward -ohjaus rakentavat tarvittavat portit. Käytännössä porttien onnistuminen on usein probabilistista ja vaatii tarkkaa interferenssin hallintaa sekä korkeaa detektoritehoa.

Integroidussa fotoniikassa pyritään yhdistämään fotoni­lähteet, interferenssialustat ja mittauspiirit samaan siruun. Kehitykseen vaikuttavat tekniikat kuten silicon photonics, SiN- ja LNOI-ratkaisut, sekä on-chip-lähteet ja -detektorit.

Sovelluksia ovat kvanttitietoliikenne (QKD), kvanttisimulointi ja kokeellinen kvanttifunktio. Haasteina ovat tappiot, fotonien indistinguishability sekä skaalaus ja integraation monimutkaisuus.