光子学是实现通用量子信息处理的一个很好的平台，其主要挑战包括精确控制含有线性光学元件的大规模电路以及有效实现光子上的纠缠操作。通过使用大规模硅光子电路扩展量子算子方案的线性组合，布里斯托大学量子工程技术实验室的工程师及其合作伙伴实现了一个完全可编程的双量子比特处理器。通过这个处理器实现了光学中的通用双量子比特量子信息处理。量子处理器采用成熟的CMOS兼容工艺制造，包括200多个光子组件。通过对该器件进行编程，工程师们实现了98种不同的双量子比特单位运算（平均量子过程保真度为93.2±4.5％），两量子比特量子近似优化算法，以及Szegedy定向量子游走的有效仿真。这有助于进一步促进将线性组合架构与硅光子学一起用于未来的光子量子处理器。相关报道以《Large-scale silicon quantum photonics implementing arbitrary two-qubit processing》为题，发表在《NATURE PHOTONICS》杂志上。

图1 量子信息处理电路和实验装置的原理图。a, 量子信息处理的常规量子电路模型，它是量子逻辑门的串联相乘。b，量子门的概率线性组合。c，用于通用双量子比特单元运算的确定性线性组合电路。d，芯片和外部设置示意图。可调谐连续激光器使用掺铒光纤放大器（EDFA）放大，通过密集波分复用（DWDM）模块进行光谱滤波，并通过V形槽光纤阵列（VGA）发射到器件中。从设备出射的光子由相同的VGA收集，并且两个DWDM用于分离信号（红色）和闲置光子（蓝色）。光子通过两个光纤耦合的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）探测。输入/输出光子的偏振由在线偏振控制器（PC）调节。符合计数逻辑电路记录了双光子符合事件。器件上的移相器通过由计算机控制的数字 - 模拟转换器（DAC）配置。该设备包括五个功能部件：（1）产生量子纠缠; （2）准备初始单量子比特状态; （3）实施单量子比特操作; （4）实现线性组合; （5）改变测量基。

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