High-fidelity photonic quantum logic gate based on near-optimal Rydberg single-photon source

量子门 受控非门 量子网络 量子计算机 量子纠错 物理 量子电路 光子 量子位元 量子信息 量子信息科学 量子逻辑 托夫利门 量子力学 量子纠缠 量子
作者
Shuai Shi,Biao Xu,Kuan Zhang,Gen-Sheng Ye,De-Sheng Xiang,Yubao Liu,Jing‐Zhi Wang,Daiqin Su,L. Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:10
标识
DOI:10.1038/s41467-022-32083-9
摘要

Compared to other types of qubits, photon is one of a kind due to its unparalleled advantages in long-distance quantum information exchange. Therefore, photon is a natural candidate for building a large-scale, modular optical quantum computer operating at room temperature. However, low-fidelity two-photon quantum logic gates and their probabilistic nature result in a large resource overhead for fault tolerant quantum computation. While the probabilistic problem can, in principle, be solved by employing multiplexing and error correction, the fidelity of linear-optical quantum logic gate is limited by the imperfections of single photons. Here, we report the demonstration of a linear-optical quantum logic gate with truth table fidelity of 99.84(3)% and entangling gate fidelity of 99.69(4)% post-selected upon the detection of photons. The achieved high gate fidelities are made possible by our near-optimal Rydberg single-photon source. Our work paves the way for scalable photonic quantum applications based on near-optimal single-photon qubits and photon-photon gates.
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