Enhancing entanglement, local and non-local information of accelerated two-qubit and two- qutrit systems via weak-reverse measurements
讨论了利用弱反向测量恢复和保护加速2-qubit和2-qutrit系统纠缠的可能性。加速部分纠缠态比加速最大纠缠态更容易受到保护。与2-qubit系统相比，qutrit系统中的加速编码局域信息具有更强的鲁棒性，并且即使在更大的加速度下也能保持不变。同时，量子比特系统中的非加速信息不受局域操作的影响。对于较大的加速度值，弱反向测量可以在加速度信息扩展的情况下改善相干信息。
2016-07-17 quant-ph
Measuring Entangled Qutrits and Their Use for Quantum Bit Commitment
我们生产和全息测量纠缠量子点编码的单光子的横向空间模式。通过新颖的量子态层析成像方法，我们实现了迄今为止对纠缠量子态最完整的表征。理想情况下，纠缠qutrits提供更好的安全性比量子比特的承诺：我们模型的敏感性，这混合物和实验和理论表明，qutrits，即使是少量的退相干不能提供更高的安全性量子比特。
2004-08-14 quant-ph
Implementation of a Walsh-Hadamard gate in a superconducting qutrit
我们已经实现了一个沃尔什-阿达玛门，它执行一个量子傅里叶变换，在超导qutrit。qutrit被编码在最低的三个能级的电容并联磁通装置，在最佳磁通对称点操作。我们使用一个有效的分解的沃尔什-阿达玛门成两个酉，分别产生的非对角和对角哈密顿。门的实现利用同时驱动的三对能级之间的quutrit，其中一个是用双光子过程实现的所有三个跃迁。该门具有35 ns的持续时间和99.2%的一组代表性状态的平均保真度，包括准备和层析成像误差，其特征在于具有量子态层析成像。交流斯塔克和布洛赫Siegert位移的补偿是必要的，以达到高的栅极结晶度。
2020-11-16 quant-ph
Optical implementation of the encoding of two qubits to a single qutrit
我们已经设计了一个光学方案，最近提出的协议编码两个量子比特到一个qutrit。在该协议中，Alice将两个量子比特的任意纯乘积状态编码为一个qutrit的状态。然后，鲍勃可以无错误地恢复两个编码量子比特状态中的任何一个，但不能同时恢复两个。我们已经成功地实现了这个计划的实验使用空间模式编码。每个量子比特（qutrit）由一个可以通过两（三）个独立光纤传播的光子表示。我们从理论上提出了两个一般化的原始协议。我们已经发现了一种概率操作，它能够同时检索两个量子位，平均保真度超过90%，并且我们已经提出了对原始编码变换的扩展，以将N个量子位编码为一个（N+1）维系统。
2006-03-20 quant-ph
Methods for Producing Decoherence-Free States and Noiseless Subsystems Using Photonic Qutrits
我们提出了一种制备编码的二态系统（逻辑量子比特）的方法，该系统不受作用于支持它的态的希尔伯特空间上的集体噪声的影响，逻辑量子比特由三个光子三态系统（量子比特）组成，通过自发参量下转换过程产生。这些状态是使用线性光学元件以及三个下转换源构建的，并且通过同时检测六个事件被认为是成功的。我们还展示了如何用类似的方法选择两量子态的最大纠缠态。对于这种最大纠缠态，我们描述的状态是消相干的条件，不对应于集体错误。
2008-01-23 quant-ph
Fast entanglement detection for unknown states of two spatial qutrits
我们研究了Maciel等人提出的方法的实用性。80，032325（2009）]，用于检测两个空间量子（3维量子系统）的纠缠，其被编码在通过多狭缝孔径传输的单个光子的离散横向动量中。该方法是基于通过投影测量获取量子态的部分信息，并用半定态程序进行数据处理分析。这种分析依赖于逐渐产生一个最佳的纠缠见证算子，数值研究表明，它允许的纠缠检测的未知状态的成本远低于全态层析。
2010-04-14 quant-ph
Aharon-Vaidman quantum game with a Young-type photonic qutrit
Aharon-Vaidman（AV）博弈证明了使用简单量子系统优于经典策略的优势。我们提出了一个实验测试的这一优势，通过使用一个三态量子系统（qutrit）编码的空间模式的一个单光子通过三个狭缝。当光子通过狭缝传播时，通过改变开口狭缝的数量和它们各自的相位来控制特定状态的制备。通过将探测器放置在狭缝后的近场和远场的特定位置来实现测量。这套工具使我们能够对广义Qutrit态进行层析重建，并实现具有量子优势的令人信服的证据的AV游戏的量子版本。
2012-07-19 quant-ph
Construction of a qudit using Schrodinger cat states and generation of hybrid entanglement between a discrete-variable qudit and a continuous-variable qudit
我们表明，一个连续变量（CV）qudit可以构造使用准正交猫态的玻色子模式，当在每个猫状态的相位编码是适当的选择。利用构造的CV量子点和Fock态编码的离散变量量子点，提出了一种利用两个微波腔耦合超导磁通量子点来产生CV量子点和离散变量量子点混合最大纠缠态的方法.这个建议依赖于一个腔的Fock态的叠加的初始准备和另一个腔的猫态的初始准备。在准备好每个腔的初始状态之后，该提议仅需要两个基本操作，即，第一操作采用两个腔与Qutrit的色散耦合，而第二操作仅使用一个腔与Qutrit的色散耦合。纠缠态的产生是确定性的，并且操作时间随着每个量子点尺寸的增加而减少。此外，在整个操作期间，耦合器quutrit保持在基态，因此从quutrit的退相干显著减小。作为一个例子，我们进一步讨论了利用电路QED方法制备DV夸克态和CV夸克态混合最大纠缠态的实验可行性。该方案具有普遍性，可以通过两个微波或光学腔耦合到一个自然或人工三能级原子来实现同样的任务。
2022-08-28 quant-ph
Quantum enhancement of qutrit dynamics through driving field and photonic band-gap crystal
对典型马尔可夫库（自由空间）和光子带隙（PBG）晶体中与经典场耦合的三能级原子系统进行了比较研究。该研究的目的是评估集体的结构化环境和经典控制的系统上的动态的量子相干性，非马尔可夫性，和估计的参数，最初编码在原子状态的影响。我们发现，PBG材料作为介质和经典驱动场作为系统的一部分的建设性相互作用的结果在所有感兴趣的量子特性的显着增强，相比的情况下，当被驱动的qutrit是在一个马尔可夫环境。我们的研究结果提供了见解，以保持和增强量子特征的qutrit系统，这是有前途的替代候选人用于量子处理器，而不是量子比特。
2022-01-25 quant-ph
Experimental characterization of qutrits using SIC-POVMs
广义量子测量（也称为POVM）在量子信息和量子基础中具有重要的意义，但往往难以实现。我们提出了一种实验方法，可以在原则上用于执行任意POVM在线性光学的上下文中。最有趣的POVM之一，SIC-POVM，是最紧凑的，可以用来完全描述量子态的测量集。我们使用我们的技术进行的第一个实验表征的状态的quartrit使用SIC-POVM。由于这种测量的高度对称性，这种表示具有独特的性质，它允许通过经典贝叶斯求和规则的简单扩展来预测所有其他测量结果，而不使用复振幅或希尔伯特空间算子。我们证明了这种方法在几个quutrit状态编码的单光子。
2010-06-25 quant-ph
Quantum Key-Distribution Protocols Based on a Quantum Version of the Monty Hall Game
这项工作说明了一个可能的应用量子博弈论领域的量子信息，特别是量子密码。该研究提出了两个量子密钥分发（QKD）协议的基础上的量子版本的蒙蒂霍尔游戏设计的Flitney和雅培。与大多数QKD协议不同，在大多数QKD协议中，将从中提取密钥的比特被编码在基础选择中（如BB84中），这些比特被编码在操作选择中。第一个提出的协议使用qutrits来描述系统的状态和Flitney和Abbott提出的相同的游戏运营商。第二个提议背后的动机是通过调整qutrit协议的形式来使用量子比特和简单的逻辑量子门来简化可能的物理实现。在这两个协议中，安全性都依赖于对Bell型不等式的违反，在每种情况下都是两个qutrits和六个qubit。结果表明，违反的比例高于E91协议。
2020-10-26 quant-ph
The $2T$-qutrit, a two-mode bosonic qutrit
本文提出由二元四面体群 $2T$ 的24个相干态张成的双模玻色三量子位 $2T$-qutrit，分析其代数性质、低损耗稳健性，并给出稳定子与逻辑算符。
2023-05-31 quant-ph
On Fault Tolerance of Circuits with Intermediate Qutrit-assisted Gate Decomposition
本文研究了在中间qutrit辅助门分解中引入容错的挑战，解析推导了qubit-qutrit与仅qubit分解的级联级别数及门数准则，并证明在特定噪声下qubit-qutrit分解在量子加法器中表现更优。
2023-09-12 quant-ph
Single photonic qutrit in a collective Rydberg polariton
本文在 Rydberg 系综中利用电磁诱导透明、微波耦合和 Ramsey 干涉测量实现微秒级单光子 qutrit 的相干制备、操控与读出。
2024-12-04 quant-ph
Qutrits for physics at the LHC
Instituto de Física Corpuscular (IFIC), University of Valencia and CSIC（瓦伦西亚大学与西班牙国家研究委员会联合粒子物理研究所）；University of A Coruña（拉科鲁尼亚大学）
本文提出利用三态量子系统进行高能物理数据中的异常检测，评估其在计算效率和可扩展性方面的优势。
2026-10-02 quant-ph
Improving the precision of multiparameter estimation in the teleportation of qutrit under amplitude damping noise
自量子隐形传态被发现以来，它一直致力于将未知的量子态从一方传送到另一方。然而，在遥感场景中，人们真正关心的是某些参数所携带的信息。研究了振幅阻尼噪声下量子隐形传态的多参数估计问题。特别地，提出了利用弱测量（WM）和环境辅助测量（EAM）来对抗AD噪声并提高多参数估计精度的两种方案。对于编码在量子态中的两相参量，可以得到量子费舍尔信息矩阵（Qk）的解析表达式。结果表明，EAM方案在提高独立估计精度和联合估计精度方面均优于WM方案。值得注意的是，EAM方案可以完全保证估计精度免受AD噪声的污染。其原因应归因于在AD噪声之后进行EAM的事实。因此，它从系统和环境中提取信息。研究结果表明，WM和EAM技术有助于远程量子传感，并可以推广到其他基于量子的量子信息任务下AD退相干。
2023-01-20 quant-ph
Experimental scheme for qubit and qutrit symmetric informationally complete positive operator-valued measurements using multiport devices
从一般的量子测量中可靠而有效地确定量子系统的状态对于各种量子信息处理任务至关重要。为此目的的一类重要的测量是对称信息完全正算子值测量（SIC-POVM）。SIC-POVM的优点是为量子态提供了一个无偏的估计器，具有完全断层扫描所需的最少数量的结果。根据Naimark膨胀定理，任何POVM总是可以通过系统和辅助系统之间的适当耦合以及通过对联合系统进行投影测量来实现。在实践中，找到适当的耦合是相当重要的。在这里，我们提出了一个实验设计，直接实现SIC-POVM使用多端口设备和路径编码的量子比特和量子，其效用最近已被证明由世界各地的几个实验组。此外，我们描述了如何在实践中实现这些多端口与集成的光子系统嵌套的线性光学元件组成。
2012-12-14 quant-ph
Emulating quantum state transfer through a spin-1 chain on a 1D lattice of superconducting qutrits
与自旋1/2系统相比，自旋1系统为量子信息的编码和传输提供了更好的安全性，这主要是由于它们更大的希尔伯特空间。超导人造原子拥有多个能级，因此能够模拟更高自旋的系统。在这里，我们考虑一个最近邻耦合超导transmon系统的一维晶格，并设计了一个计划，以转移任意qutri态（一个状态编码在一个三能级量子系统）在整个链。我们假设相邻transmons之间的可调耦合，推导出控制脉冲的解析约束，并展示了如何满足约束，以实现在当前实验条件下的高保真状态转移。因此，我们的协议能够增强量子通信和信息处理与有前途的超导量子。
2014-11-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Experimental violation of a d-dimensional Bell inequality using energy-time entangled photons
利用数值优化的测量设置，实验研究了不同纠缠度的2-qubit和2-qutrit纠缠态对CGLMP不等式的破坏。量子比特的编码和操纵的频谱的宽带能量-时间纠缠光子考虑到一个空间光调制器。后者允许将频谱离散化成仓。通过单独控制每个频率点，通过量子态层析验证了最大和非最大纠缠量子态的产生。
2015-02-06 quant-ph
Encoded Universality from a Single Physical Interaction
我们提出了一个理论分析的范式编码的普遍性，使用李代数分析得出的具体条件下，物理相互作用可以提供普遍性。讨论了在量子线路模型中张量积结构的意义，并以此定义了编码量子的结合。详细讨论了在连接量子点之间构造编码门的问题。我们用几个只交换量子计算的例子说明了一般的程序。特别地，我们将我们先前的结果扩展到各向同性交换相互作用的编码普适性的推导，即，XY模型。在这种情况下，普适性的最小编码是qutrits，而不是像各向同性（海森堡）交换那样进入qubit。我们还解决了容错，泄漏和编码qudits的校正问题。
2001-12-03 quant-ph
Universal quantum gate with hybrid qubits in circuit quantum electrodynamics
混合量子比特在量子计算中引起了广泛的关注。我们在这里提出了一种通过耦合到超导通量量子组的两个三维（3D）微波腔实现两个混合量子比特的通用受控相位门的方法。对于这里考虑的门，控制量子比特是微波光子量子比特（类粒子量子比特），其两个逻辑状态由一个腔的真空态和单光子态编码，而目标量子比特是猫态量子比特（类波量子比特），其两个逻辑状态由另一个腔的两个正交猫态编码。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被大大抑制。门电路的实现非常简单，因为它只采用一个基本操作，既不使用经典脉冲，也不使用测量。我们的数值模拟表明，与电流电路QED技术，这种门可以实现高保真度。该提议的一般性允许在广泛的物理系统中实现所提出的门，例如耦合到天然或人工三能级原子的两个1D或3D微波或光学腔。最后，这个方案可以用来在类粒子光子量子比特和类波猫量子比特之间产生一种新的纠缠态。
2019-10-18 quant-ph
One-step implementation of a multi-target-qubit controlled-phase gate with photonic qubits encoded via eigenstates of the photon-number parity operator
提出以光子数奇偶算符本征态编码光子量子比特，并借助耦合超导磁通三能级量子比特的多个微波腔单步实现可混合编码的多目标受控相位门，操作时间不随目标数增加且抑制退相干。
2023-06-04 quant-ph
Scalable improvement of the generalized Toffoli gate realization using trapped-ion-based qutrits
该研究利用囚禁离子 qutrit 实现可扩展的广义 Toffoli 门改进，通过辅助能级全局控制简化实现，并在 Grover 搜索中提升算法精度。
2025-04-29 quant-ph
Universal controlled-phase gate with cat-state qubits in circuit QED
猫态量子比特（用猫态编码的量子比特）由于其具有量子纠错的增强寿命，最近引起了人们的广泛关注。本文提出了一种通过两个微波谐振器耦合到超导transmon量子阱来实现两个猫态量子比特的通用受控相位门的方法。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被大大抑制。该方案只需要两个基本操作，既不需要经典脉冲，也不需要测量，因此门实现简单。数值模拟表明，用电流电路QED技术实现这种门的高保真度是可行的。该方案具有较强的通用性，可用于实现两个微波谐振腔或两个光学腔耦合到单个三能级自然或人工原子的门。
2017-08-15 quant-ph
Angular spectrum influence and entanglement characterization of Gaussian-path encoded photonic qudits
量子态在量子信息科学和量子力学基础研究中起着重要的作用。实现和表征的技术，使容易制备的纠缠态是在这些领域的重要步骤。在这里，我们产生的纠缠量子态编码的光子横向路径，通过泵浦非线性晶体与多个横向高斯光束获得。这种方法使我们能够产生两个量子比特和两个量子比特的纠缠态编码在双光子的高斯横向路径。我们对这种源进行了理论分析，考虑了泵浦角谱对产生态的影响，并进一步用纯度和纠缠度对产生态进行了表征。我们的实验结果表明，所产生的光子态具有高纯度和高纠缠度，理论分析阐明了如何利用泵浦光的轮廓来操纵这种光子态。
2021-01-13 quant-ph
Qutrit-Based Neural Quantum Kernels for Classification Tasks
BCAM - Basque Center for Applied Mathematics（巴斯克应用数学中心）；University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）；TECNALIA, Basque Research and Technology Alliance (BRTA)（巴斯克研究与技术联盟）
研究聚焦三量子比特，将神经量子核扩展到量子位设置，系统研究关键设计选择。在四个基准数据集任务中，三量子比特NQKs大多优于QNN基线，能从增加特征和系统规模受益，酉表示影响性能，凸显基于量子位量子模型潜力。
2026-07-28 quant-ph
Coexistence of CHSH Nonlocality and KCBS Contextuality in a Single Quantum State
Faculty of Physics, VNU University of Science, Vietnam National University（越南国立大学科学大学物理学院）；Institute for Quantum Technologies, Technology and Innovation Park, VNU Hanoi（河内越南国立大学科技园量子技术研究所）
研究在单个量子态中纠缠与非定域性共存的机制，通过混合CHSH-KCBS场景展示上下文性与非定域性在参数空间中的分离，揭示优化KCBS违反与抑制CHSH违反的区域。
2026-04-06 quant-ph
Qutrit entanglement and joint multi-parameter estimation in an optical clock platform
Max-Planck-Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Peking University（北京大学）；Vienna Center for Quantum Science and Technology（维也纳量子科学与技术中心）；Atominstitut, TU Wien（维也纳工业大学原子研究所）；Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität（慕尼黑大学物理学院）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本研究在光晶格钟平台中实验实现真实两qutrit纠缠，构建最优计量探针态与抗噪读出电路，联合估计双钟跃迁注入相位，其方差低于理想两能级单独传感阈值，为高维量子信息科学提供关键基础。
2026-08-07 quant-ph
Two-body control of noiseless subsystems with mixed $SU(3)$ representations lifts teleportation above the classical fidelity limit
International Centre for Theory of Quantum Technologies (ICTQT), University of Gdańsk（格但斯克大学量子技术理论国际中心）；Department of Computer Science, University of Oxford（牛津大学计算机科学系）
本文通过混合SU(3)表示中的两体控制，实现了无噪声子系统上的半通用酉门生成，并证明在相关噪声下编码的qutrit隐形传态可超越经典保真度界限1/2。
2026-10-05 quant-ph
Exact gate-sequences for universal quantum computation using the XY-interaction alone
在以前的出版物[1]中，我们表明，有可能实现通用量子计算与各向异性XY海森堡交换作为一个单一的相互作用。为了实现这一点，我们将计算的状态编码到更大的希尔伯特空间中。然而，该证明是非建设性的，并且没有明确给出实现编码的单量子位操作和编码的双量子位门所需的时间上的权衡。在这里，我们明确地给出了在编码量子比特和量子比特（三级系统）上模拟这些操作所需的门序列，并分析了所涉及的权衡。我们还提出了一种可能的布局量子位在一个三角形的安排。
2002-05-23 quant-ph
Quantum-enhanced single and multiparameter metrology in qutrit ensembles by generalized twisting dynamics
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文提出三种单轴扭转模型的qutrit推广形式，用于qutrit系综的量子增强计量，可实现多方向近海森堡标度传感，能克服估计模糊性等问题，还利用su(3)代数实现对易生成元的近海森堡标度计量。
2026-08-28 quant-ph
Quantum Encoded Quantum Evolutionary Algorithm for the Design of Quantum Circuits
在本文中，我们提出了量子编码量子进化算法（QEQEA），并比较其性能与一个经典的GPU加速遗传算法（GPUGA）。所提出的QEQEA不同于现有的量子进化算法在几点上：候选电路的表示是使用量子比特和量子比特，所提出的进化算子理论上可以在量子计算机上实现，只要存在经典控制。通过对量子表示的编码单元进行一组测量来获得合成电路。这两种算法都在GPGPU中得到了加速。本文的主要目标，是不是提出一个全新的量子遗传算法，而是实验估计的优点，遗传算法的某些组件被编码和实现的量子兼容的方式。在几种可逆电路和量子线路上对算法进行了比较和评价。结果表明，一方面，量子编码和量子实现兼容的实现提供了一定的缺点相对于经典的进化计算。另一方面，以量子兼容的方式编码某些组件在理论上可以加速搜索。这种加速反过来又会抵消执行方面的限制。
2018-09-28 quant-ph
Transferring quantum entangled states between multiple single-photon-state qubits and coherent-state qubits in circuit QED
提出了一种将n个单光子态（SPS）量子比特的最大纠缠态或部分纠缠态转移到n个相干态（CS）量子比特上的方法，该方法采用2n个微波腔耦合到超导通量量子比特上. SPS量子比特的两个逻辑态在这里由真空态和腔的单光子态表示，而CS量子比特的两个逻辑态用腔的两个相干态编码。由于只使用一个超导量子阱作为耦合器，电路结构大大简化。状态转移的操作时间并不随量子位数的增加而增加。当系统的耗散可以忽略时，由于不需要测量，量子态可以以确定性的方式转移。此外，在整个操作过程中，耦合器qutrit的较高能量的中间能级不被激发，因此来自qutrit的退相干被极大地抑制。作为一个具体的例子，我们数值证明，高保真传输的两个SPS量子比特到两个CS量子比特的贝尔状态是可以实现的，在当今的电路QED技术。最后，值得注意的是，当耗散可以忽略时，可以通过执行逆操作将n个CS量子比特的纠缠态转移回n个SPS量子比特。这个方案是相当普遍的，并且可以通过使用天然或人造原子来耦合2n个微波或光学腔来完成相同的任务。
2021-07-09 quant-ph
Controlled bi-directional quantum teleportation of superposed coherent state using five qubit cluster-type entangled coherent state as a resource
我们考虑在控制者查理的同意下，在两个遥远的伙伴爱丽丝和鲍勃之间双向控制以反相相干态编码的信息的量子隐形传态问题。我们采用五模团簇型纠缠相干态作为量子资源来实现这一任务。该方案使用线性光学器件，如分束器，移相器和光子计数器。我们已经证明，对于适度大的相干振幅，可以获得接近完美的双向受控隐形传态的平均保真度。
2021-12-14 quant-ph
Quantum voting machine encoded with microwave photons
本文提出了一种基于微波光子量子比特编码的量子投票机，利用多控单靶量子相位门实现单步操作与可验证性，并保障投票者匿名性，数值模拟验证了其在当前量子技术下的可行性。
2024-06-27 quant-ph
Quantum jump simulation in three-level systems using photonic Gaussian modes
多能级量子系统由于其内部能级之间的量子跃迁或自发衰变而失去相干性。本文提出了一种利用三模光子系统模拟量子跃迁下的三能级系统的方法。我们模拟了三能级原子系统中三种不同的自发衰变动力学：级联衰变、$Λ$衰变和$V$衰变。利用光子级的衰减光相干源，制备了编码在高斯模平行光路中的光子量子态。通过研究空间光调制器中的周期性相位调制，利用Kraus算符分解实现了相应的量子跃迁动力学映射。利用增强型电荷耦合器件（ICCD）相机进行图像测量，我们获得了初始状态密度矩阵的对角元素。通过测量演化态的像和干涉图样，我们从实验上验证了三能级系统中三能级衰变组态的量子跃迁引起的布居数变化和退相干效应。
2020-06-11 quant-ph
Tomography of time-bin quantum states using time-resolved detection
提出了一种测量光子时间模中编码的量子态的方法。多级量子态的基础是通过使用在色散介质中传播的模式来定义的，在这种情况下色散介质是光纤。传播和时间分辨的单光子探测允许我们定义一个正算子值测度（POVM）。POVM取决于色散量和检测器的特性。这个框架进行了数值测试，通过执行量子态层析成像的大量的国家为一组现实的实验设置。最后，计算了量子比特、量子比特和纠缠量子比特的期望态和重构态之间的平均保真度。
2020-11-24 quant-ph
Electro-Optic Frequency Beamsplitters and Tritters for High-Fidelity Photonic Quantum Information Processing
报道了基于电光调制和傅里叶变换脉冲整形的频率编码量子比特和量子比特的高保真光子量子门的实验实现。我们的频率版本的Hadamard门提供了接近统一的保真度（$0.99998\pm0.00003$），只需要一个微波驱动音即可实现接近理想的性能，在整个C波段（1530-1570 nm）内工作，并且可以在多个量子比特上同时工作，这些量子比特之间的间隔紧密到四个频率模式，保真度没有明显的下降。对于qutrits，我们实现了Hadamard门的$3\times 3$扩展：平衡tritter。这tritter-第一次证明了频率模式-达到保真度$0.9989\pm0.0004$。这些门代表了基于频率编码的可扩展、高保真量子信息处理的重要构建块。
2017-12-11 physics.optics quant-ph
State transformation in photon-echo quantum memory
量子存储器是量子中继器和线性光量子计算机的关键器件。除了存储器之外，中继器和计算机还需要借助于酉变换来操纵量子态，这通常使用干涉光学设置来实现。实验研究了光子回波型原子-光相互作用，探讨了将存储与控制量子态转换相结合的可能性。作为一个例子，我们展示了明确的状态歧视的量子位和量子位在Ti：Er：LiNbO $_3$波导冷却到3 K使用状态编码成大的合奏相同的准备光子叠加不同的时间模式。我们的方法具有很高的鲁棒性和灵活性，使其有望用于量子通信和计算以及精确测量。
2009-10-14 quant-ph
Autonomous Quantum State Transfer by Dissipation Engineering
从携带信息的量子比特到接收量子比特的量子态转移对于量子信息技术是普遍存在的。在封闭的量子系统中，这项任务需要精确定时控制本质上是相互作用的相干量子比特-量子比特相互作用。在这里，通过在开放系统中剪裁耗散来打破互易性，我们证明了在没有时间依赖控制的情况下，在静止量子比特之间自主转移量子态是可能的。我们提出了这种定向传输过程的一般要求，并表明，传输一个量子比特的信息的最小系统维数是3 $\times$ 2（一个物理qutrit和一个物理量子比特之间），加上一个辅助水库。我们提出了现实的实现在当今的超导电路QED实验，并进一步提出了兼容的方案，使用阻抗匹配耗散工程的长距离状态转移。
2019-10-23 quant-ph
One-way Einstein-Podolsky-Rosen steering beyond qubits
量子操纵是现代量子信息处理中的重要资源。由于量子态的方向性，人们发现某些在双方交换下不对称的量子态只表现出特定方向的转向，称为单向转向。现有的工作集中在量子比特系统中的单向转向。在这里，我们提出了一个家庭的两方国家是单向可操纵的系统中的$d$维。特别地，我们验证了$d=3$的状态的单向可操纵性，并演示了单向操纵参数空间在二阶系统中的表现。提供了一种表征高维单向转向的通用数值方法。在此基础上，提出了一种考虑实验损耗的单向转向特性的表征方法，研究了高维系统中转向试验中损耗与测量设置之间的权衡关系。我们的损失计数模型适用于有限维系统与有限的测量设置。
2022-08-24 quant-ph
Transverse mode-encoded quantum gate on a silicon photonic chip
正交横模作为集成光子电路中的一个重要自由度，为经典和量子信息处理提供了一种灵活的提高通信能力的途径。为了构建大规模的片上多模多自由度量子系统，需要一个横模编码的受控非门（CNOT）。在这里，我们通过在硅光子芯片上设计和集成横向模式相关的定向耦合器和衰减器，首次实现了双量子比特量子门的多模实现。借助于态制备和分析部分，我们证明了该门能够纠缠两个分离的横模量子比特，平均保真度为$0.89\pm0.02$，在量子非局域性验证中实现了10个标准偏差的违反。此外，从用于完全表征CNOT门的量子过程层析成像获得了$0.82\pm0.01$的保真度。我们的工作为普遍的横模编码量子操作和大规模多模多自由度量子系统铺平了道路。
2021-11-08 physics.optics quant-ph
Low-cost Fredkin gate with auxiliary space
有效的量子信息处理在一定程度上等同于量子逻辑门所需的量子资源的最小化。在这里，我们提出了一个优化的n-控制的量子位Fredkin门，最多2n+1个双量子位门和2n个单量子位门利用辅助希尔伯特空间。所需的逻辑门的数量改进了模拟任意n量子位Fredkin门的早期结果。特别是，单控制量子位Fredkin门（需要三个量子位部分交换门）的最佳结果打破了五个双量子位门的理论非建设性下限。此外，使用一个额外的空间模式的自由度，我们设计了一个可能的架构来实现偏振编码Fredkin门与线性光学元件。
2020-11-30 physics.app-ph quant-ph
Operator representation of spatiotemporal quantum correlations
School of Mathematics and Statistics, Hainan University（海南大学数学与统计学院）；Hainan International Exchange Center for Theoretical Physics（海南理论物理交流中心）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文证明任意类时分离量子系统中轻触可观测量之间的时空关联具有唯一算符表示，并揭示其与广义泡利可观测量、赝密度矩阵及SIC-POVM的联系。
2026-10-14 quant-ph
Nonlinear protocol for high-dimensional quantum teleportation
本文提出一种基于和频产生等非线性效应的高维量子隐形传态协议，无需辅助光子，具有确定性和可扩展性，并通过保真度计算验证其在串扰噪声下的有效性。
2024-11-14 quant-ph
High-dimensional frequency-bin entangled photons in an optical microresonator on a chip
基于芯片级集成光源的量子频率梳是可扩展的、鲁棒的量子信息处理（QIP）的一个很有前途的候选方案。然而，为了将这些量子梳用于频域QIP，需要在频率基础上证明纠缠，表明纠缠光子处于多个频率仓的相干叠加中。我们提出了一个验证的qubit和qutrit频率仓纠缠使用一个片上的量子频率梳与40模式对，通过双光子干涉测量，是基于电光相位调制。我们的演示提供了一个重要的贡献，在建立集成的光学微谐振器作为一个源的高维频率仓编码的量子计算，以及密集的量子密钥分发。
2018-01-18 physics.optics quant-ph
Polarization entangled state measurement on a chip
克服体量子光学局限性的新兴策略包括利用集成波导技术可实现的鲁棒性和紧凑性。在这里，我们报告实现的定向耦合器，飞秒激光波导写入制造，作为一个集成的分束器能够支持偏振编码的量子比特。这种无掩模和单步技术允许实现能够支持具有任何偏振状态的高斯模式的传播的圆形横向波导轮廓。利用该装置，我们实现了偏振纠缠态和单重态投影的量子干涉。
2010-09-13 quant-ph
Recursive multiport schemes for implementing quantum algorithms with photonic integrated circuits
我们提出了递归多端口方案，实现量子傅里叶变换和格罗弗算法的反演步骤上的集成线性光学器件。具体地，每个方案示出了如何使用用于$d$模式上的相同操作的一对电路来执行$2d$模式上的量子操作。该电路对路径编码量子比特进行操作，并使用具有$O\left(d^2\right)$光学元件的线性光网络实现对这些状态的$d$维幺正变换。为了评估这些方案对实际误差的影响，我们使用硅基光子集成器件的简单制造模型进行了原理验证实验的模拟，该光子集成器件分别采用定向耦合器和热光调制器作为分束器和移相器。我们发现，高保真度的性能是可以实现的与我们的多端口电路的$2$ -qubit和$3$ -qubit量子傅立叶变换，和四项和八项数据库的量子搜索。
2016-01-10 quant-ph
Code-agnostic bosonic noise suppression with hybrid rotations
Seoul National University（首尔大学）；Sejong University（世宗大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等科学技术院）
提出一种使用单个量子比特辅助和两个受控傅里叶门夹持噪声通道的混合连续-离散变量干涉仪，将热噪声或高斯位移噪声对任意单模玻色子代码的影响从线性抑制到二次尺度，无需主动纠错或破坏性测量。
2026-05-23 quant-ph
Chiral coupling between a ferromagnetic magnon and a superconducting qubit
单量子水平的手性耦合在量子信息处理中有着巨大的潜力。在这里，我们提出了一个磁振子模在铁磁球和超导量子比特之间的手征相互作用介导的一维耦合腔阵列。当量子比特耦合到阵列的两个晶格位置，并且每个晶格位置都用可调相位编码时，我们可以通过量子干涉效应获得定向的量子比特-磁振子相互作用。这项工作开辟了一条新的路线来构建手性器件，有望成为量子磁振子网络的构建模块。
2022-11-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust Control and Entanglement of Qudits in Neutral Atom Arrays
School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University（特拉维夫大学物理与天文学院）；The Center for Nanoscience & Nanotechnology, Tel Aviv University（特拉维夫大学纳米科学与技术中心）
中性原子阵列中提出了一种高效控制和纠缠qudits的方案，通过优化脉冲实现鲁棒的量子门操作，为近期内的量子计算提供高保真度的实现路径。
2026-01-20 physics.atom-ph quant-ph
