PHÂN TÍCH MÁY TÍNH LƯỢNG TỬ CÔNG NGHỆ QUANG: TỪ NGUYÊN LÝ NỀN TẢNG ĐẾN LỘ TRÌNH CÔNG NGHIỆP
DOI:
https://doi.org/10.59266/houjs.2025.722Từ khóa:
điện toán lượng tử, quang tử lượng tử, biến rời rạc (DV), biến liên tục (CV), tính toán lượng tử dựa trên phép đo (MBQC), lấy mẫu boson, sửa lỗi lượng tửTóm tắt
Điện toán lượng tử quang tử (PQC) đang nổi lên như một trong những nền tảng hứa hẹn nhất để hiện thực hóa máy tính lượng tử phổ quát có khả năng chịu lỗi. Bài báo này cung cấp một phân tích chuyên sâu về PQC, tập trung vào sự đánh đổi cốt lõi: lợi thế về thời gian kết hợp dài và khả năng vận hành ở nhiệt độ phòng của qubit photon, đối nghịch với thách thức cố hữu đến từ tương tác yếu, gây khó khăn cho việc hiện thực cổng hai-qubit và kiểm soát suy hao. Chúng tôi khảo sát các phương pháp mã hóa thông tin lượng tử vào photon, bao gồm cả biến rời rạc (DV) và biến liên tục (CV), đồng thời phân tích sự tiến hóa của các mô hình tính toán từ LOQC đến các kiến trúc tiên tiến như MBQC và FBQC. Các chiến lược sửa lỗi lượng tử chuyên biệt, đặc biệt là mã GKP cho hệ CV, cũng được xem xét như một nhân tố then chốt cho tính toán chịu lỗi. Bài báo cũng đưa ra một góc nhìn tổng quan về bối cảnh công nghiệp, đối chiếu hai hướng tiếp cận chiến lược của Xanadu (CV) và PsiQuantum (DV), và thảo luận các ứng dụng tiêu biểu như Lấy mẫu Boson. Chúng tôi kết luận rằng, vị thế của PQC trong tương lai sẽ được quyết định bởi cuộc chạy đua giữa tốc độ đổi mới trong kiến trúc và sản xuất của quang tử so với khả năng giải quyết các bài toán về quy mô và độ kết hợp của các nền tảng dựa trên vật chất.
Tài liệu tham khảo
[1]. Andersen, U. L., Gehring, T., Marquardt, C., & Leuchs, G. (2016). 30 years of squeezed light generation. Physica Scripta, *91*(5), 053001.
[2]. Arute, F.,Arya, K., Babbush, R., Bacon, D., Bardin, J. C., Barends, R., ... & Martinis, J. M. (2019). Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. Nature, *574*(7779), 505–510.
[3]. Bartolucci, S., Birchall, P., Bombin, H., Cable,H.,Dawson,C.,Gimeno-Segovia, M., ... & Shadbolt, P. (2023). Fusion- based quantum computation. Nature Communications, *14*(1), 954.
[4]. Biamonte, J., Wittek, P., Pancotti, N., Rebentrost, P., Wiebe, N., & Lloyd, S. (2017). Quantum machine learning. Nature, *549*(7671), 195–202.
[5]. Bourassa, J. E., Bejanin, J. H., Bonsma- Fisher, K., Bouchard, F., Degenais, G., Deshmukh, C., ... & Sanders, B. C. (2021). Blueprint for a scalable photonic fault-tolerant quantum computer. Quantum, *5*, 392.
[6]. Fowler, A. G., Mariantoni, M., Martinis, J. M., & Cleland, A. N. (2012). Surface codes: Towards practical large-scale quantum computation. Physical Review A, *86*(3), 032324.
[7]. Gottesman, D., Kitaev, A., & Preskill, J. (2001). Encoding a qubit in an oscillator. Physical Review A, *64*(1), 012310.
[8]. Kimble, H. J. (2008). The quantum internet. Nature, *453*(7198), 1023– 1030.
[9]. Kjaergaard, M., Schwartz, M. E., Braumüller, J., Krantz, P., Wang, J. I.-J., Gustavsson, S., & Oliver, W. D. (2020). Superconducting qubits: Current state of play. Annual Review of Condensed Matter Physics, *11*, 369–395.
[10]. Knill, E., Laflamme, R., & Milburn, G. J. (2001). A scheme for efficient quantum computation with linear optics. Nature, *409*(6816), 46–52.
[11]. Madsen, L. S., Laudenbach, F., Askarani, M. F., Rortais, F., Vincent, T., Bulmer, J. F., ... & Lita, A. E. (2022). Quantum computational advantage with a programmable photonic processor. Nature, *606*(7912), 75– 81.
[12]. Natarajan, C. M., Tanner, M. G., & Hadfield, R. H. (2012). Superconducting nanowire single- photon detectors: Physics and applications. Superconductor Science and Technology, *25*(6), 063001.
[13]. Nielsen, M. A., & Chuang, I. L. (2010). Quantum computation and quantum information: 10th anniversary edition. Cambridge University Press.
[14]. O’Brien, J. L. (2007). Optical quantum computing. Science, *318*(5856), 1567–1570.
[15]. Politi, A., Cryan, M. J., Rarity, J. G., Yu, S., & O’Brien, J. L. (2008). Silica-on-silicon waveguide quantum circuits. Science, *320*(5876), 646–649.
[16]. Preskill, J. (2018). Quantum computing in the NISQ era and beyond. Quantum, *2*, 79.
[17]. Raussendorf, R., & Briegel, H. J. (2001). A one-way quantum computer. Physical Review Letters, *86*(22), 5188–5191.
[18]. Rudolph, T. (2017). Why I am optimistic about the silicon-photonic route to quantum computing. APL Photonics, *2*(3), 030901.
[19]. Senellart, P., Solomon, G., & White, A. (2017). High-performance semiconductor quantum-dot single-photon sources. Nature Nanotechnology, *12*(11), 1026–1039.
[20]. Slussarenko, S., & Pryde, G. J. (2019). Photonic quantum information processing: A review. Applied Physics Reviews, *6*(4), 041303.
[21]. Wang, J., Sciarrino, F., Laing, A., & Thompson, M. G. (2020). Integrated photonic quantum technologies. Nature Photonics, *14*(5), 273–284.
[22]. Weedbrook, C., Pirandola, S., García-Patrón, R., Cerf, N. J., Ralph, T. C., Shapiro, J. H., & Lloyd, S. (2012). Gaussian quantum information. Reviews of Modern Physics, *84*(2), 621–669.
[23]. Zhong, H.-S., Wang, H., Deng, Y.-H., Chen, M.-C., Peng, L.-C., Luo, Y.- H., ... & Pan, J.-W. (2020). Quantum computational advantage using photons. Science, *370*(6523), 1460–1463
