دروازه‌ي منطقي كوانتومي فوتوني در چهار بعد

Four-dimensional photonic quantum logic gate

دروازه‌هاي منطقي كوانتومي يكي از اساسي¬ترين اركان در رايانش كوانتومي است. توسعه¬ي دروازه¬هاي كوانتومي فوتوني در ابعاد بالا قابليت كاربرد آنها را در كامپيوترهاي كوانتومي، دورنوردي كوانتومي و توليد حالت‌هاي كوانتومي بل در ابعاد بالا افزايش مي¬دهد. در اين مقاله ضمن معرفي دروازه‌ي كوانتومي فوتوني-X درچهار بعد، نحوه ساخت و نتايج حاصل از آن گزارش شده است. بدين منظور از مدهاي مراتب مختلف تكانه‌ي زاويه‌اي مداري تك فوتون¬ها براي توليد فضاي هيلبرت استفاده شده است. بصورت تجربي و نظري نشان داده شده است كه دروازه‌ي كوانتومي پيشنهاد شده توانايي تبديل فوتون با تكانه‌ي زاويه‌اي مشخص به مد كناري را دارا مي¬باشد بدون آنكه روي حالت‌هاي همدوس كوانتومي برهم‌نهيده فوتون تاثير بگذارد. با اندك تغييري با استفاده از روش پيشنهادي مي‌توان در ساخت ديگر دروازه‌هاي كوانتومي با ابعاد بالا نيز استفاده كرد.

Quantum logic gates are essential tools in quantum computation. High dimensional photonic quantum logic gates increase their functionality in many applications such as quantum computers, quantum teleportation and high dimensional Bell States generation. In this paper, four-dimensional X-Gate is introduced and experimentally investigated. Orbital angular momentum modes of single photons are used for generating of the Hilbert Space. It is shown that the gate successfully makes a cyclic transferring on the modes without distorting the coherent superposition states of the used photon. The proposed method can be used for generating other quantum logic gates with only minor modifications.