ЛИНЕЙНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ Z-ВЕНТИЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ КВАНТОВУЮ ПАМЯТЬ

1. Линейный оптический CZ-вентиль, содержащий:
оптический канал A1, содержащий входной конец A1 и выходной конец A1;
оптический канал A2, содержащий входной конец A2 и выходной конец A2, в котором первая квантовая память оптически связана с оптическим каналом A2;
оптический канал B1, содержащий входной конец B1 и выходной конец B1, в котором:
вторая квантовая память оптически связана с оптическим каналом B1; и
оптический канал A2 и оптический канал B1 сходятся на общем оптическом канале после первой квантовой памяти и второй квантовой памяти;
нелинейный знаковый вентиль, оптически связанный с общим оптическим каналом; и
оптический канал B2, содержащий входной конец B2 и выходной конец B2.
2. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, в котором оптический канал A2 и оптический канал B1 отходят от общего оптического канала после нелинейного знакового вентиля.
3. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, дополнительно содержащий:
первый оптический переключатель, оптически связанный с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 между первой и второй квантовой памятью и общим оптическим каналом; и
второй оптический переключатель, оптически связанный с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 между общим оптическим каналом и выходным концом A2 и между общим оптическим каналом и выходным концом B1.
4. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 3, в котором:
оптический канал A2 содержит первую ветвь канала A2, проходящую от входного конца A2 к первому оптическому переключателю, и вторую ветвь канала A2, проходящую от второго оптического переключателя к выходному концу A2; и
оптический канал B1 содержит первую ветвь канала B1, проходящую от входного конца B1 к первому оптическому переключателю, и вторую ветвь канала B1, проходящую от второго оптического переключателя к выходному концу B1.
5. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, дополнительно содержащий:
первую оптическую развязку, оптически связанную с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 в положении между входным концом A2 и первой квантовой памятью и между входным концом B1 и второй квантовой памятью; и
вторую оптическую развязку, оптически связанную с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 в положении между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом A2 и между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом B1.
6. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, дополнительно содержащий:
третью квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом A2 между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом A2;
четвертую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом B1 между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом B1;
пятую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом A1 между входным концом A1 и выходным концом A1; и
шестую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом B2 между входным концом B2 и выходным концом B2.
7. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, в котором первая квантовая память выполнена с возможностью поглощать фотон, представляющий квантовое состояние, и испускать фотон, имеющий квантовое состояние принятого фотона, к нелинейному знаковому вентилю.
8. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, в котором нелинейный знаковый вентиль содержит:
первый вспомогательный канал, содержащий первый входной конец, оптически связанный со вспомогательным источником фотона, и первый выходной конец, оптически связанный с первым детектором фотона;
второй вспомогательный канал, содержащий второй входной конец и второй выходной конец, в котором второй выходной конец оптически связан со вторым детектором фотона; и
центральную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и общим оптическим каналом между вспомогательным источником фотона и первым детектором фотона.
9. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 8, в котором нелинейный знаковый вентиль дополнительно содержит:
первую вспомогательную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и вторым вспомогательным каналом между вспомогательным источником фотона и центральной оптической развязкой; и
вторую вспомогательную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и вторым вспомогательным каналом между центральной оптической развязкой и вторым детектором фотона.
10. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 8, в котором вспомогательный источник фотона содержит источник одиночного фотона, и каждый из первого детектора фотона и второго детектора фотона содержит детектор одиночного фотона.
11. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 1, в котором нелинейный знаковый вентиль представляет собой один, и только один нелинейный знаковый вентиль в линейном оптическом CZ-вентиле.
12. Способ работы линейного оптического CZ-вентиля, содержащий:
поглощение, с использованием первой квантовой памяти линейного оптического CZ-вентиля, первого квантового состояния, принятого первой квантовой памятью, причем линейный оптический CZ-вентиль дополнительно содержит:
оптический канал A1, содержащий входной конец A1 и выходной конец A1;
оптический канал A2, содержащий входной конец A2 и выходной конец A2, в котором первая квантовая память оптически связана с оптическим каналом A2;
оптический канал B1, содержащий входной конец B1 и выходной конец B1, в котором вторая квантовая память оптически связана с оптическим каналом B1, причем оптический канал A2 и оптический канал B1 сходятся на общем оптическом канале после первой квантовой памяти и второй квантовой памяти;
нелинейный знаковый вентиль, оптически связанный с общим оптическим каналом; и
оптический канал B2, содержащий входной конец B2 и выходной конец B2;
поглощение, с использованием второй квантовой памяти, второго квантового состояния, принятого второй квантовой памятью;
испускание первого квантового состояния из первой квантовой памяти в нелинейный знаковый вентиль;
выполнение функции смены знака в нелинейном знаковом вентиле с использованием первого квантового состояния;
испускание второго квантового состояния из второй квантовой памяти в нелинейный знаковый вентиль; и
выполнение функции смены знака в нелинейном знаковом вентиле с использованием второго квантового состояния.
13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий:
направление квантового состояния A1 во входной конец A1 оптического канала A1;
направление квантового состояния A2 во входной конец A2 оптического канала A2, где квантовые состояния A1 и A2 определяют первый логический кубит;
направление квантового состояния B1 во входной конец B1 оптического канала B1; и
направление квантового состояния B2 во входной конец B2 оптического канала B2, где квантовые состояния B1 и B2 определяют второй логический кубит, причем:
первая оптическая развязка является оптически связанной с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 в положении между входным концом A2 и первой квантовой памятью и между входным концом B1 и второй квантовой памятью;
вторая оптическая развязка является оптически связанной с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 в положении между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом A2 и между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом B1;
первое квантовое состояние является одним из квантовых состояний A1-B2; и
второе квантовое состояние является одним из квантовых состояний A1-B2.
14. Способ по п. 13, в котором:
когда квантовое состояние A1 содержит одиночный фотон, а квантовое состояние A2 содержит нулевые фотоны, первый логический кубит находится в состоянии 0;
когда квантовое состояние A1 содержит нулевые фотоны, а квантовое состояние A2 содержит одиночный фотон, первый логический кубит находится в состоянии 1;
когда квантовое состояние B1 содержит одиночный фотон, а квантовое состояние B2 содержит нулевые фотоны, второй логический кубит находится в состоянии 1; и
когда квантовое состояние В1 содержит нулевые фотоны, а квантовое состояние В2 содержит одиночный фотон, второй логический кубит находится в состоянии 0.
15. Способ по п. 12, в котором выполнение функции смены знака на первом квантовом состоянии содержит:
направление вспомогательного фотона из вспомогательного источника фотона нелинейного знакового вентиля в первый входной конец первого вспомогательного канала нелинейного знакового вентиля, причем нелинейный знаковый вентиль дополнительно содержит:
первый детектор фотона, оптически связанный с первым выходным концом первого вспомогательного канала;
второй вспомогательный канал, содержащий второй входной конец и второй выходной конец;
второй детектор фотона, оптически связанный со вторым выходным концом;
центральную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и общим оптическим каналом между вспомогательным источником фотона и первым детектором фотона;
первую вспомогательную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и вторым вспомогательным каналом между вспомогательным источником фотона и центральной оптической развязкой; и
вторую вспомогательную оптическую развязку, оптически связанную с первым вспомогательным каналом и вторым вспомогательным каналом между центральной оптической развязкой и вторым детектором фотона;
получение первого квантового состояния на центральной оптической развязке;
обнаружение одиночного фотона на первом детекторе фотона; и
обнаружение нулевых фотонов на втором детекторе фотона.
16. Способ по п. 12, в котором:
первое квантовое состояние направляется из первой квантовой памяти в первый оптический переключатель, оптически связанный с оптическим каналом A2 и оптическим каналом B1 между первой и второй квантовой памятью и общим оптическим каналом;
первый оптический переключатель находится в первом положении, оптически связывающем оптический канал A2 и общий оптический канал так, что первое квантовое состояние достигает нелинейного знакового вентиля и подвергается функции смены знака; и
способ дополнительно содержит переключение первого оптического переключателя из первого положения во второе положение, в котором оптический канал B1 оптически связан с общим оптическим каналом так, что второе квантовое состояние направляется из второй квантовой памяти в первый оптический переключатель, а затем в нелинейный знаковый вентиль, где второе квантовое состояние подвергается функции смены знака.
17. Способ по п. 16, в котором:
после выполнения функции смены знака в нелинейном знаковом вентиле с использованием первого квантового состояния способ дополнительно содержит направление первого квантового состояния после вентиля из нелинейного знакового вентиля через второй оптический переключатель, который находится в первом положении, в третью квантовую память, где первое квантовое состояние после вентиля поглощается; и
после выполнения функции смены знака в нелинейном знаковом вентиле с использованием второго квантового состояния, способ дополнительно содержит направление второго квантового состояния после вентиля из нелинейного знакового вентиля через второй оптический переключатель, который находится во втором положении, в четвертую квантовую память, где второе квантовое состояние после вентиля поглощается.
18. Способ по п. 17, в котором пятая квантовая память оптически связана с оптическим каналом A1, шестая квантовая память оптически связана с оптическим каналом B2, и способ дополнительно содержит:
поглощение квантового состояния, проходящего по оптическому каналу A1, пятой квантовой памятью;
поглощение квантового состояния, проходящего по оптическому каналу B2, шестой квантовой памятью; и
испускание квантового состояния синхронно из третьей квантовой памяти, четвертой квантовой памяти, пятой квантовой памяти и шестой квантовой памяти, так что квантовые состояния одновременно достигают каждого из выходного конца A1, выходного конца A2, выходного конца B1 и выходного конца B2.
19. Линейный оптический CZ-вентиль, содержащий:
оптический канал A1, содержащий входной конец A1 и выходной конец A1;
оптический канал A2, содержащий входной конец A2 и выходной конец A2, в котором
оптический канал A2 содержит первую ветвь канала A2, проходящую от входного конца A2 к первому оптическому переключателю, и вторую ветвь канала A2, проходящую от второго оптического переключателя к выходному концу A2; и
первая квантовая память оптически связана с первой ветвью канала A2;
оптический канал B1, содержащий входной конец B1 и выходной конец B1, в котором:
оптический канал B1 содержит первую ветвь канала B1, проходящую от входного конца B1 к первому оптическому переключателю, и вторую ветвь канала B1, проходящую от второго оптического переключателя к выходному концу B1;
вторая квантовая память оптически связана с первой ветвью канала B1; и
первую оптическую развязку, оптически связанную с первой ветвью канала A2 и первой ветвью канала B1 перед первой и второй квантовой памятью;
общий оптический канал, проходящий от первого оптического переключателя ко второму оптическому переключателю;
нелинейный знаковый вентиль, оптически связанный с общим оптическим каналом; и
оптический канал B2, содержащий входной конец B2 и выходной конец B2.
20. Линейный оптический CZ-вентиль по п. 19, дополнительно содержащий:
третью квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом A2 между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом A2;
четвертую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом B1 между нелинейным знаковым вентилем и выходным концом B1;
пятую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом A1 между входным концом A1 и выходным концом A1; и
шестую квантовую память, оптически связанную с оптическим каналом B2 между входным концом B2 и выходным концом B2.