Establishing polarization qubits from a photon-pair source and a design of an alternative scheme of universal optical programmable multi-qubit gates
Master of Science (Physics(International Program)), 2022
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Theses and Dissertations |
| Language: | English |
| Published: |
Prince of Songkla University
2023
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18233 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Institution: | Prince of Songkhla University |
| Language: | English |
| id |
th-psu.2016-18233 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
Prince of Songkhla University |
| building |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| continent |
Asia |
| country |
Thailand Thailand |
| content_provider |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| collection |
PSU Knowledge Bank |
| language |
English |
| topic |
Qauntum optics |
| spellingShingle |
Qauntum optics Paphon Phewkhom Establishing polarization qubits from a photon-pair source and a design of an alternative scheme of universal optical programmable multi-qubit gates |
| description |
Master of Science (Physics(International Program)), 2022 |
| author2 |
Pruet Kalasuwan |
| author_facet |
Pruet Kalasuwan Paphon Phewkhom |
| format |
Theses and Dissertations |
| author |
Paphon Phewkhom |
| author_sort |
Paphon Phewkhom |
| title |
Establishing polarization qubits from a photon-pair source and a design of an alternative scheme of universal optical programmable multi-qubit gates |
| title_short |
Establishing polarization qubits from a photon-pair source and a design of an alternative scheme of universal optical programmable multi-qubit gates |
| title_full |
Establishing polarization qubits from a photon-pair source and a design of an alternative scheme of universal optical programmable multi-qubit gates |
| title_fullStr |
Establishing polarization qubits from a photon-pair source and a design of an alternative scheme of universal optical programmable multi-qubit gates |
| title_full_unstemmed |
Establishing polarization qubits from a photon-pair source and a design of an alternative scheme of universal optical programmable multi-qubit gates |
| title_sort |
establishing polarization qubits from a photon-pair source and a design of an alternative scheme of universal optical programmable multi-qubit gates |
| publisher |
Prince of Songkla University |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18233 |
| _version_ |
1781416876482494464 |
| spelling |
th-psu.2016-182332023-10-16T07:14:14Z Establishing polarization qubits from a photon-pair source and a design of an alternative scheme of universal optical programmable multi-qubit gates การสร้างคิวบิตโพลาไรซ์จากแหล่งกำเนิดโฟตอนคู่และการออกแบบโครงสร้างทางเลือกแบบตั้งโปรแกรมได้อย่างอิสระของเกททางแสงหลายคิวบิต Paphon Phewkhom Pruet Kalasuwan Faculty of Science (Physics) คณะวิทยาศาสตร์ ภาควิชาฟิสิกส์ Qauntum optics Master of Science (Physics(International Program)), 2022 Due to the potential of quantum computers to revolutionize computation by solving some types of traditionally intractable problems by the classical computer, this field of study has become increasingly active and diverse, involving work on developing quantum processing hardware as well as research into applications with a potential large speed-up compared to simulations on classical (non-quantum) computers. One of the most promising methods for processing quantum information involves the use of photonic qubits, which allow for well-established and noise-free single-qubit operations. However, since there is no photon-photon interaction, processing the qubit-interaction property requires a nonlinear optical operation. Therefore, in the experiment section of this project, we created entangled photonic qubits by beginning with photon pair generation using a nonlinear crystal, then building up the complexity of the optical setup with the Hong-Oa-Mandel dip experiment, CHSH experiments, and eventually, photonic qubit generation and tomography. By optimizing the efficiency of the system in each experiment, the resultant qubit was successfully constructed with high fidelity to the designated Bell’s state. Additionally, we experimented with the optical structure of the photon pairs loop, which delivered some issues with noise and low signal in the results. Nonetheless, the structure still showed potential to be improved and utilized in future experiments. The entangled qubits and photon loop created in this project can be used as a foundation for various quantum optic algorithms, especially the photon loop structure, which can be used for the iteration of an operator, which is used regularly in the standard method for constructing multi-qubit gates. However, the method has some limitations in that only unitary operators can be created. Finally, in the second section of this project, we explored an alternative scheme for constructing quantum optical multi-qubit gates. This purposed scheme, which uses the Hilbert-space expansion technique, is capable of independently programming each matrix element of the operator, allowing many different types of quantum operators to be realized in quantum optic experiments. The advanced scheme can theoretically achieve n-polarization-qubit optical reconfigurable quantum gates by arranging linear optical elements. The NSRF via the Program Management Unit for Human Resources & Institutional Development, Research and Innovation [grant number B05F650024, B05F640051, B05F630108], U.Reka Program sponsored by The Siam Commercial Bank Public Company Limited and managed by Digital Ventures Co., Ltd. เนื่องจากศักยภาพของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในการปฏิวัติการคำนวณด้วยการแก้ปัญหาบางประเภทที่ยากโดยคอมพิวเตอร์คลาสสิก การวิจัยในสาขาวิชานี้จึงมีบทบาทและความหลากหลายมากขึ้นตั้งแต่พัฒนาฮาร์ดแวร์การประมวลผลควอนตัมตลอดจนการวิจัยเกี่ยวกับแอปพลิเคชันที่มีศักยภาพที่มีความเร็วสูงขึ้นมากเมื่อเทียบกับการจำลองบนคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก หนึ่งในวิธีการที่มีแนวโน้มดีที่สุดสำหรับการประมวลผลข้อมูลควอนตัมคือการใช้คิวบิตทางแสงซึ่งช่วยให้สามารถดำเนินการแบบคิวบิตเดียวได้อย่างสมบูรณ์และปราศจากสัญญาณรบกวน อย่างไรก็ตามเนื่องจากสมบัติการไม่มีปฏิสัมพันธ์กันระหว่างโฟตอนการสร้างปฏิสัมพันธ์ระหว่างคิวบิตจึงต้องใช้การเนินการทางแสงแบบไม่เชิงเส้นดังนั้นในส่วนการทดลองของวิทยานิพนธ์นี้เราจึงสร้างคิวบิตทางแสงที่พัวพันกันโดยเริ่มต้นด้วยการสร้างคู่โฟตอนโดยใช้คริสตัลแบบไม่เชิงเส้นจากนั้นจึงเพิ่มซับซ้อนของการทดลองทางแสงด้วยการทดลอง Hong-Oa-Mandel,การทดลอง CHSH และสุดท้ายคือการสร้างคิวบิตเชิงแสงและการตรวจวัดคุณสมบัติด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบในการทดลองแต่ละครั้งผลลัพธ์ที่ได้จึงถูกสร้างขึ้นด้วยความแม่นยำใกล้เคียงตามสถานะของเบลล์ในเชิงทฤษฎี นอกจากนี้เรายังทดลองกับโครงสร้างเชิงแสงของลูปคู่โฟตอนซึ่งยังคงพบปัญหาบางอย่างเกี่ยวกับสัญญาณรบกวนและสัญญาณต่ำในผลลัพธ์ อย่างไรก็ตามโครงสร้างดังกล่าวยังคงมีศักยภาพในการปรับปรุงและนำไปใช้ในการทดลองในอนาคต คิวบิตที่พัวพันกันและโฟตอนลูปที่สร้างขึ้นในงานวิจัยนี้สามารถใช้เป็นรากฐานสำหรับอัลกอริทึมควอนตัมออปติกต่างๆโดยเฉพาะอย่างยิ่งโครงสร้างโฟตอนลูปซึ่งสามารถใช้สำหรับการวนซ้ำของตัวดำเนินการซึ่งใช้เป็นวิธีมาตรฐานสำหรับการสร้างมัลติเกทคิวบิต อย่างไรก็ตาม วิธีการมีข้อจำกัดบางประการที่สามารถสร้างตัวดำเนินการแบบรวมได้เท่านั้น ในส่วนที่สองของโครงการนี้ เราจึงได้สำรวจรูปแบบทางเลือกสำหรับการสร้างควอนตัมออปติกหลายคิวบิตเกท โครงร่างที่มีจุดประสงค์นี้ใช้เทคนิคการขยายฮิลเบิร์ตสเปซ ทำให้สามารถโปรแกรมองค์ประกอบในเมทริกซ์แต่ละตัวของตัวดำเนินการได้อย่างอิสระ ทำให้สามารถสร้างตัวดำเนินการควอนตัมประเภทต่างๆมากมายในการทดลองด้วยควอนตัมทางแสง ในทางทฤษฎีโครงร่างขั้นสูงสามารถบรรลุควอนตัมเกทแบบออปติคอลบนคิวบิตเชิงแสงnตัวที่กำหนดค่าใหม่ได้โดยการจัดเรียงองค์ประกอบเชิงเส้นทางแสง 2023-10-16T07:12:34Z 2023-10-16T07:12:34Z 2022 Thesis http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18233 en Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Thailand http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/th/ application/pdf Prince of Songkla University |