Photonic Implementation of the One-Way Model of Quantum Computation

Le calcul quantique par consommation d'intrication requiert comme ressource initiale un type particulier d'état intriqué, les  "états graphesÂ". Il s'effectue en mesurant des bits quantiques (qubits) uniques dans differentes bases. Ces bases dépendent de l'algorithme utilisé et des résultats des mesures précédentes. Ainsi, on doit pouvoir stocker les nouveaux qubits d'une certaine façon pendant qu'on traite les résultats des mesures précédentes. Pour la mise en application de ce modèle (le calcul par consommation d'intrication) en photonique, les fibres optiques constituent la manière la plus pratique de stocker des qubits. Le temps d'arrivée de chaque photon au détecteur, que l'on nomme qubit temporel, est le degré de liberté le plus robuste associé aux photons se propageant dans les fibres optiques. Pour créer la ressource intriquée initiale, on doit d'abord produire des paires de photons EPR, photons qui sont totalement indifférenciables les uns des autres dans tous leurs degrés de liberté, sauf celui qui permettra d'encoder les qubits logiques. Ces paires de photons sont combinées au moyen de portes fusion pour produire des états graphes plus grands. Les portes fusion ne sont pas déterministes et elles présentent une probabilité limitée de succès. De plus, il faut pouvoir stocker les photons. Pour la réalisation de ce modèle basé sur les qubits temporels, on utilise une combinaison particulière de coupleurs 50/50 tout-fibre et de modulateurs électro-optiques pour constituer les portes fusion, ainsi que les portes à qubit unique arbitraires, qui sont nécessaires au calcul en soi. Ces deux étapes, soit la production de graphes au moyen des portes fusion et l'exécution du calcul quantique, exigent le stockage de qubits temporels, ce que la méthode proposée utilisant la fibre optique permet de faire tout naturellement. L'une des questions auxquelles se sont intéressés les mathématiciens qui travaillent sur le calcul par consommation d'intrication est la détermination des calculs possibles à partir d'un état graphe donné, ainsi que les possibilités de qubits d'entrée et de sortie pour cet état graphe. Les études qu'ils ont faites ont permis d'établir un algorithme utilisé pour élaborer une séquence de mesures et de corrections menant à un calcul déterministe à partir d'un état graphe. Cette séquence est ce qu'on appelle un ot simple tracé sur un graphe. Récemment, on a modifié cet algorithme de manière à trouver le ot généralisé, soit une séquence de calculs sur des graphes présentant des géométries particulières, comme des graphes contenant des structures en boucle. Dans le cadre de cette thèse, nous avons expérimentalement réalisé un graphe en boucle à 4 qubits comportant un qubit d'entrée, c'est-à-dire le plus petit graphe admettant un flot généralisé mais pas de flot simple. Les graphes de ce type à structure en boucle conduisent à une boucle temporelle, donc un circuit non exécutable. Toutefois,