Reduction of circuit depth by mapping qubit-based quantum gates to a qudit basis
通过在U（2）中的旋转，从N个量子比特到D = 2^N个量子比特的双射映射，我们在量子比特基上提出了一组可扩展的通用门和多重控制门。对于每个通用门（H，CNOT和T），以及NOT门和乘法控制Z门，我们描述了一种系统的方法来识别U（2）旋转的集合，以实现大小为N的任何量子点的每个门，并最大限度地使用辅助水平。根据系统的总旋转计数和门深度分析了量子门，系统以D。我们将量子基应用于Grover算法，并将电路深度与系统大小与基于量子位的电路进行比较。结果表明，与量子位电路相比，量子位电路的电路深度随着系统尺寸的增加而显著减小。特别地，多控门是降低基于量子点的系统规模的电路复杂性的驱动因素。
2022-06-15 quant-ph
Qudit-Based Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution Using Linear Optics
测量设备无关（MDI）方法是解决量子密钥分发（QKD）中所有检测器侧信道攻击的一种方法。然而，很少有工作已经做了实验可行的基于量子双量子点的MDI-QKD方案，虽然著名的（基于量子双量子点）循环差分相移（RRDPS）方案是脆弱的攻击对未特征化的检测器。在这里，我们报告了一个母亲的所有QKD协议，所有可证明安全的基于量子比特的QKD计划，包括RRDPS和所谓的Chau 15计划的基础上。我们还报告了一个实验上可行的MDI系统，通过光学实现的纠缠交换的基础上，最近的量子隐形传态建议由Goyal等人。这样，我们表明，所有可证明安全的基于量子隐形传态的QKD计划发现的日期可以MDI。
2016-08-30 quant-ph
Practical trapped-ion protocols for universal qudit-based quantum computing
通用量子计算的概念可以推广到多级量子，这在资源使用和算法效率方面提供了优势。囚禁离子是一种原始的、可控的量子系统，为发展基于量子双光子晶体的量子信息处理提供了一个理想的平台。以前的工作还没有充分探讨的实用性，实现捕获离子qudits会计已知的实验误差源。在这里，我们描述了一个通用的一套协议的状态准备，单量子门，一个新的概括的Mølmer-Sørensen门的两个量子门，和一个测量方案，利用搁置到一个亚稳态。我们数值模拟已知来源的错误，从以前的捕获离子实验，并表明，有没有根本的限制，以实现以上的\(99\%\)为三个层次的量子编码在\(^{137}\mathrm{Ba}^+\)离子的结晶度。我们的方法可扩展到更高维度的量子，我们的测量和单量子门协议可以实现\(99\%\)的五个级别的量子。我们确定了在未来工作中进一步减少错误的途径。我们的研究结果表明，三能级囚禁离子量子阱将是一种有用的量子信息处理技术。
2020-05-11 physics.atom-ph quant-ph
Heralded qudit-based high-dimensional entanglement generation for hybrid photon-emitter system by waveguide-mediated scattering
本文提出一种基于波导介导散射的预示式方案，通过输入端口选择在混合光子-发射体系统中生成4维及更高维的多量子dit最大纠缠，无需辅助量子dit且具有鲁棒保真度，可推广至一般d维n量子dit纠缠态。
2025-04-13 quant-ph
Efficient qudit based scheme for photonic quantum computing
由于集成光子技术的最新进展，线性光学是实现量子计算协议的一种有前途的选择。在这种情况下，通常考虑基于量子比特的量子线路，然而，光子系统自然也允许d进制，即，基于量子点的算法本文研究了由单光子在d > 2光模中可能的光子数态定义的量子数。我们演示了如何使用线性光学和光子数分辨探测器构建局部最优的非确定性多量子比特门，并探讨了在d元优化问题的背景下使用量子比特簇状态。我们发现量子比特团簇态需要更少的光学模式，并且与具有类似计算能力的量子比特团簇态相比，量子比特团簇态由更少数量的纠缠光子编码。我们说明了我们的量子计划的好处，将其应用到k-着色问题。
2023-02-14 physics.optics quant-ph
Measurement-based quantum computing with qudit stabilizer states
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）
该研究提出利用替代四维资源态进行基于测量的量子计算，通过优化内在门结构提升计算效率。
2026-02-12 quant-ph
Low depth measurement-based quantum computation beyond two-level systems
研究了基于低深度测量的qudits（$d$ -能级系统）量子计算，并从计算深度和尺寸复杂度两个方面导出了这种强大的模型和qudit量子线路之间的精确关系.为了方便这项调查的qudit“无界扇出”电路模型，其中qudit可以量子复制到任意数量的ancillas在一个单一的时间步，被引入，并示出能够实现有趣的$n$ -qudit酉在恒定的深度。然后提出了一种减少基于测量的模型中的量子计算深度的方法，并使用该方法证明了基于量子测量的计算的深度复杂性与由门组成的电路作用于有限数量的量子之间存在对数深度分离。通过显示基于量子点测量的模型的深度复杂性完全等同于无界扇出电路的深度复杂性，使得关系精确。这些结果表明，基于量子比特测量的量子计算所固有的众所周知的优点也适用于更高维的推广。由于qudit是自然可用的，并且已经被证明提供了比二进制逻辑编码更基本的优势，这表明基于qudit测量的模型是通用量子计算的一个特别有吸引力的范例。
2015-10-22 quant-ph
Scalable platform for qudit-based quantum computing using polar molecules
Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；Steklov Mathematical Institute of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院斯特克洛夫数学研究所）；National University of Science and Technology “MISIS”（国立科学技术大学 MISIS）；L. D. Landau Institute for Theoretical Physics（L.D.朗道理论物理研究所）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Van der Waals-Zeeman Institute, Institute of Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学物理系范德瓦尔斯-泽曼研究所）
本文提出利用极性分子的旋转态构建可扩展的量子处理器，通过光学镊子阵列实现指数级态空间扩展，无需增加量子比特维度，实现通用量子门集。
2026-04-20 quant-ph
Qudit Dynamical Decoupling on a Superconducting Quantum Processor
本文针对多能级量子位系统易退相干的问题，基于海森堡-魏尔群提出动态解耦协议，在超导处理器上实验验证了其能有效抑制退相干和交叉克尔耦合，显著提升贝尔态保真度，为可扩展量子计算铺路。
2024-07-05 quant-ph
Prospects for Simulating a Qudit Based Model of (1+1)d Scalar QED
我们提出了一个规范不变的数字化$(1+1)$ d标量量子电动力学的任意自旋截断的量子计算机。我们提供了一个构造的Trotter运营商的通用qudit门集。示出了使用基于qutrit的自旋-1编码相对于量子位编码的成本节省。我们表明，一个简单的初始状态，可以模拟当前基于Qutrit的硬件使用噪声模拟两个不同的本地门集。
2021-04-26 hep-lat quant-ph
Proof-of-principle experimental realization of a qubit-like qudit-based quantum key distribution scheme
与基于量子比特的协议相比，基于量子比特的量子密钥分发（QKD）协议一般允许协作双方在较高的信道噪声下共享无条件安全的密钥。然而，在一般的量子点协议中，制备和测量所需的量子态是非常困难的。一个例外是最近提出的高度容错的基于qudit的协议，称为Chau 15 [1]。值得注意的是，该协议中的状态准备和测量可以相对容易地完成，因为所需的状态几乎像量子比特的对角基态一样被相位编码。在这里，我们报告了Chau 15协议的第一个原理证明。实验的一个亮点是它的后处理是基于实用的单向方式，而文献[1]中的原始方案依赖于复杂的双向后处理，这在实验中是一个很大的挑战。此外，通过操纵时间仓qudit和测量与可变延迟干涉仪，我们的实现是可扩展的qudit与高维，并证实了Chau 15协议的实验可行性。
2017-07-03 quant-ph
Experimentally Feasible Quantum-Key-Distribution Scheme Using Qubit-Like Qudits And Its Comparison With Existing Qubit- and Qudit-Based Protocols
最近，Chau提出了一种实验上可行的基于Qdit的量子密钥分发（QKD）方案。在该方案中，一位信息在$2^n$维希尔伯特空间中以具有$n\ge 2$的$(|i\rangle\pm|j\rangle)/\sqrt{2}$形式在准备状态中被相位编码.对于在同一个二维希尔伯特子空间中制备和测量的每个量子点，在没有传输错误的情况下获得一比特原始密钥。在这里，我们表明，通过修改的基础公告程序，相同的实验设置可以生成$n$位的原始密钥为每个量子准备和测量在相同的基础上，在无噪声的情况下。原因是除了相位信息之外，每个量子点还携带关于所使用的希尔伯特子空间的信息。原始密钥的额外$(n-1)$位来自于对这一额外信息的巧妙利用。我们证明了这个修改后的协议的无条件安全性，并比较其性能与其他现有的可证明安全的量子位和量子位的协议在市场上的单向经典通信设置。有趣的是，我们发现，对于$n=2$的情况下，这种修改后的协议使用非简并随机量子码进行单向纠缠蒸馏的秘密密钥速率是等于六态方案。
2017-02-09 cs.CR quant-ph
Qudit-ADAPT-VQE: an adaptive variational algorithm with counterdiabatic-inspired improvements for qudits
Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）
本研究提出量子位版ADAPT-VQE算法，引入受逆绝热驱动启发的算子池，在求解最大3割问题时精度更高、原生门成本更低，且能应对优化空间局部陷阱，为量子位变分量子算法提供可扩展框架。
2026-08-18 quant-ph
High-fidelity quantum gates for OAM qudits on quantum memory
高维量子系统在量子计算和量子通信中的应用是一个很有前途的途径，因为它可以增加编码在一个物理载体中的信息量。在这项工作中，我们提出了一种方法来实现单量子比特门量子比特的基础上与轨道角动量的光模式。介绍了一种保证运算准循环性的逻辑量子编码方法。基于拉曼量子存储方案中用于转换光的轨道角动量的协议[Vashukevich E.A. et.等人PRA，101，033830（2020）]，我们表明所考虑的门提供了极高水平的单量子点变换的保真度。我们还比较了不同维度系统的量子门的性质，并找到了在所考虑的协议中进行变换的最佳条件。
2021-05-25 quant-ph
QudCom: Towards Quantum Compilation for Qudit Systems
本文提出并实现面向量子态（Qudit）系统的量子编译器QudCom，涵盖工作流程、理论性质与优化技术，并在物理量子计算机及模拟上验证其可行性。
2023-11-13 cs.ET quant-ph
Near-term Application Engineering Challenges in Emerging Superconducting Qudit Processors
本文回顾了基于超导transmon与射频腔的qudit量子处理器在NISQ时代的应用前景，并分析了其在模拟、组合优化和量子机器学习中的工程机遇与挑战。
2025-06-05 quant-ph
Representation of Qudits on a Riemann Sphere
在量子计算和信息科学中，传统上采用基于Bloch球表示的几何表示来描述两态系统的变换。虽然这种表示对于双态量子比特非常有用，但它不能像量子比特那样容易地推广到多个状态，并且当它被推广时，它失去了简单的几何表示。基于黎曼球面上的Majorana表示，提出了一种替代表示在量子信息和量子比特计算中的应用，该表示保留了简单的球面表示.
2007-03-20 quant-ph
Synthesis of multi-qudit Hybrid and d-valued Quantum Logic Circuits by Decomposition
最近将量子计算从2值量子点推广到d值量子点的研究已经显示出量子计算机扩展的实际优势。进一步的推广导致具有混合量子点的量子计算，其中两个或更多个量子点具有不同的有限维度。Muthukrishnan和Stroud（Physical Review A，052309，2000）、Daboul等人（J.Phys.A：Math.Gen.36 2525-2536，2003）和Bartlett等人（Physical Review A，Vol.65，052316，2002）已经详细研究了混合和d值门（电路）的优点及其物理实现。在这两种情况下，量子计算都是在幺正演化算符作为量子逻辑门变换量子系统中量子比特的状态时进行的。酉算子可以用平方酉矩阵表示。如果系统由单个qudit组成，那么Tilma等人（J.Phys. A：Math.Gen.35（2002）10467-10501）已经表明酉演化矩阵（门）可以根据其欧拉角参数化来合成。然而，如果量子系统由多个量子比特组成，则可以通过矩阵分解技术（诸如QR分解和余弦-正弦分解（CSD））来合成门。本文提出了一种基于CSD的n量子混合量子门的综合方法，并由此导出了一种基于CSD的n量子门的综合方法，其中所有量子门都具有相同的维数。
2006-08-20 quant-ph
Quantum tomography of noisy ion-based qudits
量子层析成像使得获得关于量子计算机的某些逻辑元件的全面信息成为可能。在这方面，它是调试量子计算机的一个很有前途的工具。然而，层析成像的实际应用仍然受到系统测量误差的限制。它们的主要来源是量子态制备和测量过程中的误差。在这项工作中，我们调查的可能性，抑制这些错误的情况下，离子基量子点。首先，我们将证明可以构建一个量子测量协议，该协议在每个测量电路中只包含一个量子操作。这样的协议比在相互无偏的基础上的测量对错误更鲁棒，其中操作的数量与qudit维度的平方成比例地增加。在此之后，我们将展示确定和占状态初始化和读出错误的可能性。总之，所描述的措施可以显着提高真实离子基量子点的量子断层扫描的准确性。
2020-11-09 quant-ph
Qudits and high-dimensional quantum computing
Qudit是一个多层次的计算单元替代传统的2级量子位。与量子比特相比，量子比特提供了更大的状态空间来存储和处理信息，从而可以降低电路复杂度，简化实验设置并提高算法效率。这篇综述提供了一个基于qudit的量子计算的概述，涵盖了从电路构建，算法设计到实验方法的各种主题。我们首先讨论量子门的普遍性和各种量子门，包括π/8门，SWAP门和多级控制门。然后，我们提出了几个代表性的量子算法，包括Deutsch-Jozsa算法，量子傅里叶变换，和相位估计算法的量子版本。最后，我们讨论了量子计算的各种物理实现，如光子平台，铁陷阱，和核磁共振。
2020-11-11 quant-ph
Universal quantum computing with qubits embedded in trapped-ion qudits
本文提出在囚禁离子量子比特（维度 d=3 至 8）中嵌入量子比特的量子电路编译方法，利用单量子比特操作和 Molmer-Sorensen 门实现单、双及多量子比特门，为扩展量子处理器提供新途径。
2024-07-01 quant-ph
Qudit quantum computation on matrix product states with global symmetry
为基于测量的通用单量子点量子计算确定了包含非平凡保序拓扑序的资源态。我们的资源状态分为两类：一类是1D量子比特簇状态的量子比特推广，另一类是自旋1的Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki（AKLT）状态的更高对称性推广，即具有酉，正交或辛对称性。簇态的对称性保护了信息传播（身份门），而AKLT型态的更高对称性使非平凡门计算成为可能。这项工作证明了基于测量的量子计算和安全保护的拓扑序之间的密切联系。
2017-03-15 quant-ph
Bases for spin systems and qudits from angular momentum theory
从角动量理论出发，构造了与循环对称量子系统、量子信息和量子计算相关的自旋基。这种方法是连接到使用广义泡利矩阵（在d维）所产生的极分解组SU（2）。对于d=2、3和4给出了许多例子。
2008-10-24 quant-ph
Quantum network protocol for qudits with use of quantum repeaters and Pauli Z-type operational errors
在本章中，提出了一种使用中继器的量子通信协议。该协议是针对量子比特即广义量子信息单元构造的。单比特隐形传态是基于广义Pauli-Z（phase-flip）门的修正。这种方法避免了使用Pauli-X和Hadamard门，这与其他已知的基于量子中继器的协议不同，这些量子中继器是为量子比特和量子比特构建的。同样值得一提的是，本章中描述的基于隐形传态协议的中继器允许在标准基站中进行测量（这简化了测量过程），并且使用隐形传态只会导致Pauli-Z操作错误。
2016-04-13 cs.NI quant-ph
Outcome determinism in measurement-based quantum computation with qudits
在基于测量的量子计算（MBQC）中，计算是通过对纠缠态的一系列测量和校正来进行的。流和相关概念是描述修正对先前测量结果的依赖性的强大技术。当局部维数为奇素数时，我们引入了基于流的量子图状态MBQC方法，我们称之为Zd流。我们的主要结果证明了Zd流是强形式的结果决定论的一个充分必要条件。一路上，我们找到了一个合适的概括的概念，测量平面，以这种设置和测量允许的测量在qudit MBQC。我们还提供了一个多项式时间的算法，找到一个最佳的Zd流，只要一个存在。
2021-09-28 quant-ph
Reconfigurable generation and measurement of mutually unbiased bases for time-bin qudits
本文提出了一种利用电光相位调制器--编码光纤光栅对级联实现互无偏时元量子产生和测量的新方法。我们的方法只需要一个单一的空间模式，可以快速切换的基础选择。我们得到了维数$d=2,3,4$的显式解，实现了所有$d+1$可能的互无偏基，并分析了我们的方法在量子密钥分发中的性能。鉴于其实用性和与当前技术的兼容性，我们的方法为高维时间箱状态的可扩展处理提供了一个有前途的跳板。
2018-01-31 quant-ph
Mutually Unbiased Product Bases for Multiple Qudits
我们研究了相互无偏性和产品基础之间的相互作用，可能不同的维度的多个qudits。这样一个系统的产品状态被证明是相互无偏的产品基础，只有当它的每个因素是相互无偏的产品基础的相应因素中出现的所有状态。这个结果意味着系统可以支持的相互无偏乘积基的数量上的严格限制和多个量子位或量子组的相互无偏乘积基的完整分类。此外，只有最大纠缠态才能对最大互无偏乘积基集互无偏。
2016-03-17 quant-ph
An Error-aware and Adaptive Method for the Estimation of Quantum Observables on Qudit-Based Quantum Computers
University of Exeter（埃克塞特大学）；Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；softwareQ Inc.（softwareQ公司）
本文提出AQUIRE方法，通过构建贝叶斯模型准确估计量子比特量子计算机上可观测量的均值和误差，并通过数值模拟和离子阱量子处理器实验验证其有效性。
2026-05-01 quant-ph
Proof-of-concept Quantum Simulator based on Molecular Spin Qudits
本研究展示了首个基于分子自旋量子点(qudits)系综和射频宽带光谱仪的原型量子模拟器，通过模拟磁化强度的量子隧穿和横向场伊辛模型证明了其可操作性，为分子自旋量子点在量子技术中的实际应用迈出了重要一步。
2023-09-11 quant-ph
Realizing quantum gates with optically-addressable $^{171}$Yb$^{+}$ ion qudits
本研究利用线性阱中光寻址的$^{171}$Yb$^{+}$离子qudit构建量子处理器寄存器，基于435.5 nm四极时钟跃迁的Zeeman子能级进行编码，并实现了包含单qudit旋转和双qudit Molmer-Sorensen操作的通用门集。
2023-05-09 quant-ph
Implementation of quantum state tomography for time-bin qudits
量子态层析成像（QST）是表征未知量子态的重要工具。最近，QST已经进行了纠缠量子点的基础上的轨道角动量，时间-能量的不确定性，和频率箱。在这里，我们提出了一个QST的时间箱qudits，测量设置的数量与维度$d$线性缩放。利用所提出的方案，我们对一个四维时间仓最大纠缠态进行了16种测量设置的量子ST。我们成功地重建了纠缠量子点的密度矩阵，计算出纠缠态的平均保真度为0.950。
2017-02-13 quant-ph
Blind quantum computing with different qudit resource state architectures
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）
本文探讨了多级量子系统在无监督量子计算中的应用，通过多级量子资源态实现安全的云量子计算，比较了不同资源态架构的开销及隐藏策略。
2026-04-02 quant-ph
On the time-optimal implementation of quantum Fourier transform for qudits represented by quadrupole nucleus
我们考虑了量子傅里叶变换门的时间最优实现问题，其中量子数d为3到8。作为量子点，考虑了自旋I > 1/2的四极核，它是由NMR控制的。我们计算的门误差的依赖关系的射频脉冲的持续时间通过数值优化获得使用克罗托夫算法。结果表明，在整数自旋和半整数自旋情况下，QFT门实现的最小时间对量子数维数的依赖性是不同的。
2012-11-21 quant-ph
Evolution of Entanglement in Groverian Search Algorithm: n-qudit System
纠缠在量子过程中起着至关重要的作用，特别是那些与量子信息和计算有关的量子过程。对于实系数qutrit系统，得到了一个由Grover搜索算法成功率定义的纠缠度量的解析表达式，计算结果与传统的基于熵的纠缠度量一致.纠缠措施进一步推广到量子（d-水平）系统与实系数。
2007-02-24 quant-ph
Quantum simulation of Fermi-Hubbard model based on transmon qudit interaction
针对费米-哈伯德模型量子模拟编码开销高、线路复杂的问题，提出基于qudit的QFM映射方法，结合克利福德代数对称性降低编码成本，适配transmon硬件并通过数值模拟验证有效性，为多体系统量子模拟实现量子优势提供路径。
2024-02-02 quant-ph
Qudit-native simulation of the Potts model
National University of Science and Technology ``MISIS''（国立科学技术大学（莫斯科信息科学与技术大学））
本文提出基于Suzuki-Trotter分解的Potts模型模拟方法，通过两种量子比特本征分解方案实现高效映射，用于探测动态量子相变。
2025-11-23 quant-ph
Entangling power and operator entanglement in qudit systems
建立了一般有限维二体量子系统中幺正算符的纠缠势，并给出了基于冯诺伊曼熵的纠缠势与基于线性熵的纠缠势之间的关系.重要的是，我们证明了一般控制幺正算符作用在两个等维量子点上的纠缠功率与相应的算符纠缠成正比，如果采用线性熵作为表征纠缠度的量。本文讨论了量子比特上三种典型的量子门：SUM门、双SUM门和SWAP门的纠缠功率和算符纠缠。
2003-02-16 quant-ph
Working With Measurement-Based Computations on Qudits
Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Université de Lorraine, CNRS, Inria, LORIA（洛林大学、法国国家科学研究中心、Inria、LORIA）
提出一种更简单的量子比特流定义，并给出O(n^3)的流查找算法，改进了之前的O(n^4)结果。
2026-11-05 cs.DS quant-ph
Simple ways of preparing qudit Dicke states
Bucknell University（巴克内尔大学）；University of Miami（迈阿密大学）；Coral Gables High School（珊瑚阁高中）
本文提出通过确定性和概率性方法在量子比特计算机上制备量子比特狄克态，方法简洁且高效。
2025-12-09 quant-ph
Arithmetic Circuits for Multilevel Qudits Based on Quantum Fourier Transform
我们介绍了一些基本的整数运算量子线路，如各种形式的加法器和乘法器，以及对多级量子进行运算的对角算子。待处理的整数在经过傅立叶变换后以替代基表示。在两级量子比特的文献中，已经出现了几种对傅立叶变换整数进行运算的算术电路。在这里，我们将这些技术扩展到多级量子比特上，因为它们可能会提供一些相对于量子比特实现的优势。所提出的运算电路可用作诸如量子相位估计、量子模拟、量子优化等高级算法的基本构建块，但是它们也可以用于实现量子分数傅里叶变换，如在单独呈现的同伴工作中所示。
2017-09-13 cs.ET quant-ph
Quantum neural network equipped with backpropagation on a qudit processor
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）
本文实验演示了基于囚禁40Ca+离子qudit处理器的量子神经网络，采用混合量子-经典反向传播训练，在测试图像集上达到95.7%分类准确率，展示了qudit在构建高表达力QNN方面的潜力。
2026-09-14 quant-ph
Coherent-state optical qudit cluster state generation and teleportation via homodyne detection
定义了一个赝数态的计算基，我们将一个大振幅相干态$|α|\gg\frac{d}{2π}$解释为一个量子点--一个$d$能级的量子系统--处于一个$d$赝数态的偶叠加态中。基于交叉克尔非线性效应的广义受控$Z$操作可以在最大纠缠态制备一对相干态量子点，但交叉克尔非线性效应对于大的$d$来说是很弱的.因此，通过对一组相干态重复应用广义受控- $Z$操作，可以制备相干态光学量子团簇态。因此，我们提出了一个光量子隐形传态作为一个简单的演示团簇态量子计算。
2010-12-29 physics.optics quant-ph
Foliated Quantum Error Correction for Qudits
Centre for Quantum Software and Information, University of Technology Sydney（悉尼科技大学量子软件与信息中心）；Joint Center for Quantum Information and Computer Science, University of Maryland（马里兰大学量子信息与计算科学联合中心）；InstituteQ, Aalto University（阿尔托大学 InstituteQ）；University of Technology Sydney（悉尼科技大学）
该研究针对素数维量子位上基于泡利的量子纠错码提出叶状化框架，获得可用于容错测量量子计算的图态，讨论多个例子，在简单错误模型下计算叶状量子位环面码阈值，结果与非叶状版本相当。
2026-07-16 quant-ph
Exchange-Symmetrized Qudit Bell Bases and Bell-State Distinguishability
本文针对偶数维量子比特对引入交换对称化的广义Bell基，证明奇数维不存在完整基，并表明在LELM限制下可无歧义区分$2d-1$个Bell态，达到上界，扩展了量子通信应用。
2025-05-20 quant-ph
Quantum Phase Estimation with Time-Frequency Qudits in a Single Photon
相位估计算法（PEA）是一种重要的量子算法，可以独立使用，也可以作为其他量子算法的关键子程序。目前PEA的大多数实现都是基于量子比特的，其中量子线路中的计算单元是二维态。执行量子计算任务的高维状态- qudits -已被提出，但基于qudit的PEA尚未实现。使用qudits可以减少实现给定精度或成功概率所需的资源。与其他量子计算硬件相比，光子系统具有对噪声有弹性的优点，但是光子-光子相互作用的概率性质使得难以实现双光子控制门，而双光子控制门是许多量子算法中的必要组件。在这项工作中，我们报告了一个基于量子点的PEA在光子平台上的实验实现，利用单光子的时间和频率自由度（DoF）的高维性。受控酉门可以以确定性方式实现，因为控制寄存器和目标寄存器现在由单个光子中的两个DoF表示。这是qudit PEA的第一个实现，在任何平台上，成功地检索任何任意相位，精度为一个三进制数字。
2019-06-27 physics.optics quant-ph
Universal qudit gate synthesis for transmons
该工作设计基于transmon的qudit量子处理器，提出含交叉共振纠缠门的通用门集，实现高保真门合成与嵌入式纠错，证明通用qudit控制在当前架构中可行。
2023-08-31 quant-ph
Counteracting dephasing in Molecular Nanomagnets by optimized qudit encodings
分子纳米磁体可以实现基于qudit的量子纠错代码，该代码利用自然嵌入在单个分子中的许多自旋能级，这是朝着可扩展的量子处理器迈出的有希望的一步。为了充分实现这种方法的潜力，对破坏分子量子信息编码的错误的微观理解是必不可少的，同时开发定制的量子纠错策略。我们解决这些中心点，首先研究与周围的核自旋，这是在低温下的主要来源的错误的相互作用产生的分子自旋量子的退相效应。数值量子纠错代码，然后构建，通过系统的优化程序的基础上的耦合系统浴动力学的模拟，提供了一个显着的增强的相干时间的分子计算单元。最后提出了实验实现的代码所需的脉冲序列。
2021-09-01 quant-ph
Error-corrected quantum repeaters with GKP qudits
Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）码提供了将高维量子点编码为单个玻色子模式的可能性，例如光子激发。由于光子使量子信息在长距离上的可靠传输成为可能，并且由于遭受光子损失的GKP态可以在一定程度上恢复，因此GKP码最近在量子通信协议的理论研究中得到了应用。虽然以前的研究主要集中在GKP量子比特上，但高维GKP量子比特可能的实际好处迄今为止尚未得到广泛探索。在本文中，我们进行了性能分析的三个量子中继协议的基础上GKP量子比特，包括级联与多量子比特量子多项式码。我们发现，潜在的数据传输增益qudits往往阻碍了他们的GKP纠错能力下降。然而，我们也确定了参数制度，其中具有访问每个模式的量子能级的数量增加，可以提高理论上可实现的密钥速率的量子中继器。我们的一些协议共享的吸引人的功能，本地处理和完整的错误综合征识别是不需要在线挤压实现。只要提供合适的多模GKP状态，即使当逻辑量子由许多物理量子组成时，这也可以用最小的无源线性光学操作集来实现。
2023-03-28 quant-ph
Non-Abelian dynamics on a cube: improving quantum compilation through qudit-based simulations
针对格点规范理论量子模拟的编译挑战，研究团队用qudit寄存器编码SU(2)规范场，给出资源估计，优化了均匀受控qudit旋转分解，实现立方体上qutrit数字化SU(2)动力学模拟，验证了协同设计的价值。
2025-06-12 hep-lat nucl-th quant-ph
Quantum Key Distribution Using Qudits Each Encoding One Bit Of Raw Key
所有已知的基于量子比特的加密和测量量子密钥分发（PM-QKD）方案都比基于量子比特的方案具有更好的容错性。它们的高错误弹性部分来自于对用于在每个传输的量子数据中生成原始密钥的多个信号比特的仔细编码，使得相同的窃听尝试在原始密钥中导致更高的比特错误率（BER）。在这里，我表明，高度容错的PM-QKD方案可以简单地通过编码一个比特的经典信息在每个发送的量子比特的形式$(|i\rangle\pm|j\rangle)/\sqrt{2}$，其中$|i\rangle$的形式的正交基的$2^n$维希尔伯特空间。此外，证明了在一定的技术条件下，这些方案可以容忍$n\ge 2$的理论最大误码率为50%，是迄今为止传输非纠缠有限维量子比特的最具容错性的PM-QKD方案.这显示了使用在更高维度的量子态中编码的更低维度的量子信号来处理量子信息的潜力。
2015-11-21 quant-ph
MQT Qudits: A Software Framework for Mixed-Dimensional Quantum Computing
本文提出开源工具MQT Qudits，作为慕尼黑量子工具包的一部分，通过标准化语言、电路编译与高效仿真，支持混合维度qudit量子计算应用的设计与实现。
2024-10-03 cs.ET hep-th quant-ph
Optimal qudit operator bases for efficient characterization of quantum gates
对于作用于量子比特的某些量子操作，存在测量算子的基础，使得估计平均保真度变得有效。所需的实验数量则与系统大小无关，并且经典的计算资源仅在量子比特数量上呈多项式缩放。在这里，我们解决的问题，如何最佳地选择有效的门表征的测量基础时，用$d$级量子位取代两级量子位。我们定义的最优性的最大数量的酉，可以有效地特点。我们的定义允许我们根据它们的谱和本征基来构造最优测量基：测量算子是具有$d$ -nary谱的幺正元，并且被划分为特征基相互无偏的$d+1$ Abel群。
2014-04-14 quant-ph
All-optical universal control of nuclear-spin qudits in trapped neutral atoms
Institute of Experimental Physics, Graz University of Technology（格拉茨工业大学实验物理研究所）；Institute of Physics, University of Graz（格拉茨大学物理研究所）；PlanQC GmbH（PlanQC有限公司）
本文提出了一种基于光子的通用四态控制方案，利用超精细相互作用实现快速选择性Raman跃迁，结合相移操作实现全四态空间控制，并讨论了兼容的双四态门和状态选择性读取方案。
2026-09-03 physics.atom-ph quant-ph
Efficient Implementation of a Quantum Algorithm with a Trapped Ion Qudit
本文在最高八能级的单个囚禁离子 qudit 上实现多音控制，并首次于五维和八维 qudit 上运行 Grover 搜索，以线性单量子位门且无纠缠门实现具竞争力的保真度。
2025-06-11 quant-ph
