单光子增强的I型融合门

《Physical Review Applied》：Single-photon-boosted type-I fusion gates

　　

融合测量是线性光学量子计算和量子网络的核心基本操作。I 型和 II 型融合门被广泛用于将小型纠缠资源态组合为更大的光子态，但在没有辅助资源的情况下，其成功率上限仅为 1/2。现有的 3/4 效率 I 型方案依赖于纠缠的 Bell 对辅助态，而其制备本身具有概率性和资源密集性。在此，我们提出了一种增强型 I 型融合门，仅需四个辅助单光子及标准的线性光学基本操作即可实现。对于多量子比特 GHZ 态和图态，该融合门直接成功率为 5/8；同时，通过提纯协议可将部分纠缠结果转化为额外的成功事件，经一级提纯后总成功率提升至 11/16，并渐近趋向 3/4。我们通过估算生成具有代表性的大型纠缠光子态所需的光子资源，量化了该方案的实用优势，结果表明该融合门显著降低了与现有方案相比所需的大量开销。这些结果扩展了资源高效的线性光学基本操作集合，为可扩展的光子量子计算和量子通信中的资源需求的大幅降低提供了可能。