连续变量量子储层计算中非马尔可夫克尔反馈的计算优势

线性光学介质可以延迟、混合和叠加光信号,但永远无法让两个脉冲相乘:乘法是非线性的,线性系统不具备此运算。这为基于高斯光学的连续变量量子储备池计算器(QRC)设定了严格极限。在储备池内部,它们无法形成输入在不同过去时刻的真实乘积——许多时间计算所需的跨时间非线性相关性;它们只能通过分别存储每个过去输入并在读出阶段相乘来伪造这种相关性,从而迫使进行指数级困难的高阶测量。该团队证明,在时延反馈回路中引入单个Kerr(强度依赖相位)元件即可消除这一极限。Kerr效应使相位依赖于强度,在介质内部实现了真正的乘法;反馈使得光反复经过该元件,因此每个模式在每次往返中都会将其自身历史与自身混合。反馈将时间转化为空间:\(D\)次通过单个非线性模式替代了\(D\)个并行线性模式。该团队证明了无界资源分离(定理3,推论2):一个\(N\)模式高斯储备池的跨时间非线性秩至多为\(2N\),这是硬件上限;而单个Kerr模式的秩等于其反馈深度\(D\),且不消耗额外模式。对于任意\(N\),一个Kerr模式都能完成任何\(N\)模式线性储备池无法实现的计算。损耗是反直觉的关键要素:每次往返都会使光信号变暗,因此每次通过时非线性相位各不相同,赋予每个回波独特的特征;若无损耗,这些通过将变得冗余。该团队在精确开放系统模拟中验证了激活机制,并将该分离机制建立在非线性信道均衡的基础上。在集成平台上可实现\(D\)值在30至230之间,因此单个非线性模式可替代多达约100个线性模式,代价是测量时间的增加。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-06-04 20:12

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