طراحي و شبيه سازي گيت كوانتومي نوري با استفاده از موجبرهاي ليتيوم نايوبيت و مبتني بر عوامل تفكيك و درهم تنيدگي مد، فركانس و پلاريزاسيون

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش به طراحي و شبيه‌سازيِ مدار پياده‌سازي عملكرد گيت‌‌هاي كوانتومي CNOT و SWAP مبتني بر تراشه‌هاي نوري Ti:LiNbO3 ، پرداخته‌ايم. اين دو گيت كوانتومي، نقش عمده‌اي را در پياده‌سازي عملكرد بسياري از گيت‌هاي كوانتومي چندكيوبيتيِ ( حداقل سه كيوبيت ) مورد استفاده در الگوريتم‌هاي كوانتومي و به طور خاص الگوريتم شور، ايفا مي‌كنند و ازين منظر بسيار حائز اهميت هستند. مدارهاي مجتمع نوري، پياده‌سازيِ مقياس‌پذير و پايدار گيت‌هاي كوانتومي را ممكن مي‌سازند و كم‌ترين احتمال وقوع فروشكستِ درهم‌تنيدگي به رويكردهاي نوري و به طور خاص رويكردهاي مبتني بر تراشه‌هاي نوري نسبت داده مي‌شود. در هريك از دو طراحي ارائه شده در اين گزارش، تمامي مراحل توليد زوج فوتون‌هاي درهم‌تنيده، انتشار، و نيز پردازش حالات كوانتومي به صورت يك‌پارچه بر روي يك تراشه صورت مي‌گيرد و اين امر به عنوان يك مزيت در ميان رويكردهاي پياده‌سازي گيت‌هاي كوانتومي تلقي مي‌شود . در طراحي مدارهاي پياده‌سازي عملكرد گيت‌هاي كوانتومي CNOT و SWAP، و به منظور توليد زوج فوتون‌هاي درهم‌تنيده، دو تبديل كاهنده‌ي پارامتري خود به خودي و هم‌زمانِ Type-0 (e, e, e) و Type-I (o, o, e) مد نظر قرار گرفته شده‌اند و اين انتخاب باتوجه به دستيابي به درخشاني طيفي بهتر در اين منابع نسبت به انواع هم‌زمانِ Type-II (e, o, o) و Type-II (o, e, o)، صورت گرفته است. بدين منظور، در بخش ابتدايي مدارها، موجبري دومُده، متناوبا قطبيده‌ و داراي دو دوره‌ي تناوب مدولاسيون ضريب ناخطينگي مرتبه دوم، تعبيه شده است و كل ساختار جهت فرآيند تطبيقِ شبه فازي، مشخصه‌يابي مي‌شود. علاوه بر بخش ابتدايي، مدارهاي كوانتومي طراحي شده به ترتيب شامل مجموعه‌اي از عناصر تفكيك‌كننده‌ي مُد، دو تبديل‌كننده‌ي قطبش TE ⇄ TM، يك تزويج كننده‌ي جهت‌دار، و نيز مجموعه‌اي از عناصر تركيب‌كننده‌ي مُد، مي‌باشد. در اين تحقيق، كليه‌ي شبيه‌سازي‌ها مبتني بر روش عددي انتشار پرتو ( Beam Propagation Method-BPM ) موجود در نرم‌افزارهاي RSoft و optiBPM انجام شده است. هم‌چنين، از نرم‌افزار MATALB براي حل معادلات بهره گرفته‌ايم . واژه‌هاي كليدي: ليتيوم نايوبيت؛ گيت كوانتومي؛ درهم‌تنيدگي؛ تطبيق شبه‌فازي؛ تبديل‌كننده‌ي پلاريزاسيون

192616

دانشگاه علم و صنعت ايران

الكترونيك

دكتر شهرام محمدنژاد