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
Subsystem stabilizer codes cannot have a universal set of transversal gates for even one encoded qudit
容错量子计算中的一个长期存在的问题是寻找一组通用的横向门。正如我们中的三个人在arXiv:0706.1382中证明的那样,对于二进制稳定器码来说,这样的集合不存在。在这里,我们推广我们的工作表明,在$d$维希尔伯特空间的子系统稳定器代码,这样一个通用的横向门不能存在,甚至一个编码qudit,对于任何尺寸$d$,素数或非素数。这一结果有力地支持了其他原语,如量子隐形传态,是通用容错量子计算所必需的,并且可能是容错噪声阈值的重要因素。
2008-01-15 quant-ph
A non-anyonic qudit ZW-calculus
ZW演算是一种用于纯量子位量子计算的图形化语言。通过对ZW-演算完备性的转化,得到了ZX-演算完备性的第一个证明。量子比特ZW演算(任意量子比特ZW演算)的d级推广已经在[Hadzihasanovic 2017]中给出,它对于纯量子比特量子计算是通用的。然而,在这种类型的ZW-演算中,W蜘蛛的解释涉及所谓的q-二项式系数,从而使得计算相当复杂。本文给出了一种新的量子比特ZW演算,它具有类似于量子比特ZW演算的生成元和重写规则。特别是,Z蜘蛛与[Wang 2021]中给出的qudit ZX-演算完全相同,而新的W蜘蛛作为线性映射的解释要简单得多。此外,我们建立了这个量子ZW-演算和量子ZX-演算之间的一个转换,它是普适的,如[Wang 2021]所示,因此这个量子ZW-演算对于纯量子量子计算也是普适的。
2021-10-12 quant-ph
Universal simulation of Hamiltonian dynamics for qudits
什么样的相互作用足以模拟复合量子系统中的任意量子动力学?Dodd等人(quant-ph/0106064)以有效算法的形式提供了该问题的部分解决方案,该算法使用任何固定的两体纠缠N量子比特哈密顿量和局域幺正来模拟任何期望的两体哈密顿量演化。我们将这一结果推广到组分系统具有D维的情况。因此,我们解释了如何通用的量子计算可以执行任何固定的两体纠缠N量子哈密顿量,和本地幺正。
2002-05-31 quant-ph
Experimental quantum tomography of photonic qudits via mutually unbiased basis
我们提出了实验量子层析术的7-和8-维量子系统的基础上投影测量的相互无偏的基础上(MUB-QT)。MUB-QT的优点之一是它需要从最少数量的碱基进行投影。在我们的方案中,使用单光子的传播模式对高维量子系统进行编码,并且我们利用可编程空间光调制器的幅度和相位调制能力来实现MUB-QT。
2011-02-09 quant-ph
Blind encoding into qudits
我们考虑的问题,编码的经典信息到未知qudit状态属于任何基础,最大的一组相互无偏的基础,由一方,然后解码的另一方谁拥有完美的知识的基础。工作与qudits的素数尺寸,我们指出了一个不去定理,禁止移动操作的任意未知状态。然后,我们提供了可靠的编码/解码的必要条件。
2007-09-03 quant-ph
Universal qudit Hamiltonians
一个量子哈密顿量族被称为是普适的,如果任何其他有限维哈密顿量可以近似地编码在该族中的一个哈密顿量的低能空间内。如果编码是有效的,则泛族哈密顿量可以用作泛模拟量子模拟器和泛量子计算机,并且从泛族近似确定哈密顿量的基态能量的问题是QMA完全的。一个自然的方法来分类汉密尔顿到家庭是根据他们的相互作用。本文证明了Qudit($d$ -能级系统)上几类重要相互作用的普适性:(1)我们完全证明了$k$ -Qudit相互作用是普适的,如果用任意的1-局部项增广.我们发现,对于所有的$k \geqslant 2$和所有的局部尺寸$d \geqslant 2$,几乎所有这样的相互作用是普遍的除了一个简单的随机类。(2)我们证明了普遍性的概括海森堡模型是无处不在的凝聚态物理,即使没有提供免费的1-本地条款。我们证明了$SU(d)$和$SU(2)$海森堡相互作用对于所有的局部维数$d \geqslant 2$(自旋$\geqslant 1/2$)都是普适的,这意味着Max- $d$ -Cut问题的量子变体是QMA完全的.我们还证明了对于$d=3$,所有的双线性-双二次海森堡相互作用都是普适的。一个例子是通用AKLT模型。(3)我们证明了任何相互作用的普适性成正比的投影到一个纯粹的纠缠态。
2018-02-20 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
Qutrit Dichromatic Calculus and Its Universality
本文介绍了一种适用于Qutrit系统的二色性演算(RG)。我们表明,qutrit阿达玛门的分解是非唯一的,不能从二色演算推导。作为二色性演算的一个应用,我们描述了一个单量子数的量子算法。当d > 2时,由于不容易将任意d × d幺正矩阵分解为Z和X相位门,因此证明量子ZX演算在量子力学中的普适性是非常困难的.对Ranchin的普适性证明构造了一个反例,并利用Lie理论证明了qudit ZX演算包含所有的单qudit么正变换,这意味着qudit ZX演算(其中qutrit双色演算为特例)对量子力学是普适的.
2014-12-30 quant-ph
Universality of swap for qudits: a representation theory approach
量子信息理论的一个公开问题是确定在什么条件下,对于$d>2$的$d$ -态系统上编码的量子比特,通用的仅交换计算是可能的。这个问题可以用表示论来解决,因为交换-相互作用产生的每个量子力学交换都可以用对称群中的转置来识别,每个$d$ -态系统都可以用$SU(d)$的基本表示来识别,每个编码量子点都可以用转置产生的李代数的不可约表示来识别。为此,我们首先给出了一个数学定义的交换唯一的普遍性的映射从特殊酉代数的产品qudits到一个表示的李代数生成的换位。我们表明,这个定义是符合量子计算的要求。然后,我们继续描述量子比特的普遍族的特征,也就是说,编码量子比特的族承认只交换的普遍性。这一努力是由以下事实,即对应于qudit的不可约表示是规范标记的分区。特别是,我们得出的必要和充分条件的普遍性的一个或两个这样的qudits,在简单的算术条件相关的分区。我们还得到了必要和充分条件的普遍性任意多这样的qudits,在Littlewood-Richardson系数。在其他结果中,我们证明了多个qudits的普遍家庭是向上封闭的,保证足够多的qudits的普遍性,任何家庭,这是不普遍的,可以通过简单地增加最多5个附属。作为特例,我们也得到了两态系统的结果。
2021-03-23 math.RT quant-ph
Bloch vectors for qudits
我们提出了三种不同的矩阵基,可用于分解密度矩阵的$d$ -维量子系统,所谓的量子:\emph{generalized Gell-Mann matrix basis},\emph{polarization operator basis},和\emph{Weyl operator basis}。这样的分解可以用矢量-布洛赫矢量,即众所周知的量子比特情况的推广-来识别,并且是用于与可测量的量进行比较和用于避免处理大矩阵的显式计算的方便表达式。本文提出了一种用标准矩阵分解密度矩阵的新方法,考虑了各向同性双量子态的重要情况,并将其按基分解。在qutrits的情况下,我们展示了一个纠缠见证的自旋1测量的期望值,这是适当的实验实现方面的表示。
2008-06-06 quant-ph
N-qubit universal quantum logic with a photonic qudit and O(N) linear optics elements
本研究提出用单个时间箱qudit和O(N)个线性光学元件实现N量子比特通用逻辑,元件规模远低于传统方案,可构建低成本小规模量子处理器,并通过腔QED系统连接物质量子比特实现可扩展与量子互联功能。
2024-10-08 quant-ph
Error tolerance of two-basis quantum key-distribution protocols using qudits and two-way classical communication
研究了基于$d$级系统的量子密码协议的容错性。特别是,我们专注于使用两个相互无偏基地和双向经典通信的关键蒸馏过程的测量和测量计划。对于任意的量子信道,我们得到了一个充分条件的秘密密钥蒸馏,在各向同性的量子信道的情况下,产生一个解析表达式的最大容许错误率的密码协议考虑。对于足够大尺寸的信息载体,容许误差率与其理论上界之间的差慢慢趋于零。
2006-02-01 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
Probabilistic implementation of universal quantum processors
我们提出了一个量子量子点的概率量子处理器。处理器本身由一个固定的门阵列表示。处理器的输入由两个寄存器组成。在程序寄存器中,指令集(程序)被编码。此程序应用于数据寄存器。处理器可以以一定的概率对维度N的单个量子点执行任何操作。如果运算是酉的,则概率一般是1/N^2,但对于更多限制的运算符集合,概率可能更高。事实上,在某些条件下,这个概率可以与量子点的希尔伯特空间的维数无关。
2001-06-15 quant-ph
Simulating Hamiltonian dynamics using many-qudit Hamiltonians and local unitary control
什么时候可以用一个有限维的量子系统来模拟另一个有限维的量子系统?是什么限制了一个系统模拟另一个系统的能力?在本文中,我们完成了程序的研究可以做纠缠多qudit哈密顿和本地酉控制的模拟。通过纠缠,我们的意思是每个qudit都与其他qudit耦合,至少间接地耦合。我们证明,唯一一类的有限维纠缠哈密顿量,不通用的模拟是纠缠哈密顿量的量子位的泡利算子扩展只包含耦合奇数系统的条款,如布雷姆纳等。等人[Phys.Rev.A,69,012313(2004)]。我们表明,在所有其他情况下纠缠多qudit哈密顿是普遍的模拟。
2004-05-20 quant-ph
The Qudit ZH-Calculus: Generalised Toffoli+Hadamard and Universality
本文引入qudit ZH-演算,将无相位规则推广至qudit,证明素数维度下其普适性,并推广Toffoli+Hadamard连接,构造经典可逆逻辑电路,证明近似普适性。
2023-09-01 cs.LO quant-ph
Universal pulses for superconducting qudit ladder gates
本文提出一种通用脉冲构造方法,用于超导量子比特阶梯门,通过解析方案抑制控制误差,实现接近量子速度极限的高保真门操作,并在transmon电路上验证了显著改进。
2025-10-08 quant-ph
Hidden variable model for quantum computation with magic states on qudits of any dimension
本文将qubit上magic state通用量子计算的隐变量模型扩展至任意Hilbert空间维度的qudit,并导出经典模拟算法。
2024-04-17 quant-ph
Efficient Monte Carlo characterization of quantum operations for qudits
对于量子位,克利福德幺正的平均保真度的蒙特卡罗估计是有效的-它需要大量的实验,这些实验与量子位的数量$n$和仅在$n$中多项式缩放的经典计算资源无关。在这里,我们确定了有效的蒙特卡罗估计的要求和相应的属性的测量算子的基础时,用$p$级qudits取代两个级别的量子比特。我们的分析阐明了相互无偏测量和幺正的存在,可以有效地特点之间的密切联系。它使我们能够提出一个“层次”的标准泡利基础的推广,从量子比特qudits根据相关的缩放所需的资源在蒙特卡洛估计的平均保真度。
2014-04-06 quant-ph
A universal qudit quantum processor with trapped ions
本文利用囚禁离子构建局部 Hilbert 空间维度最高达 7 的通用 qudit 量子处理器,在保持接近 qubit 处理器性能的同时,支持高维量子系统原生模拟及更高效的 qubit 算法实现。
2021-09-14 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
Universal quantum gates on microwave photons assisted by circuit quantum electrodynamics
基于一个微波光子量子处理器,利用第一个超导谐振腔对传输子的频移效应和第二个超导谐振腔与传输子之间的共振作用,在微波光子谐振腔量子点上构造了可控相位门.这种独特的特性为我们提供了一种有用的方法来实现C相门的两个谐振器qudits具有更高的保真度和更短的操作时间,与以前的建议相比。我们的c相门的保真度可以达到99.51%,在93 ns。此外,我们的设备可以很容易地扩展到构建三个量子门上的三个谐振腔qudits,远远不同于现有的建议。我们在三个谐振腔量子点上实现了可控相位门,在传输子量子点的辅助下,其保真度在124.64ns内达到92.92%。
2014-08-01 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
Quantum simulation of $ϕ^4$ theories in qudit systems
讨论了格点$Φ^4$理论的量子算法在电路量子电动力学(cQED)系统上的实现。场以离散化场振幅为基础在qudits上表示。量子系统的主要优点是它的多级特性允许场相互作用仅用对角单量子门来实现。考虑到单量子相位门和位移门构成的普适门集合,我们用变分方法研究了初态制备和单量子门综合问题。
2022-04-11 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
Quantum noise spectroscopy by qudit spectators
本文提出一种利用任意d能级量子系统(Qudit)旁观者的量子噪声谱学协议,基于外尔基分解和Alvarez-Suter方法,通过模拟验证其对不同退相干噪声的探测能力及准确性。
2025-02-18 quant-ph
Qudit lattice surgery
我们观察到,晶格手术,容错量子位计算的模型,直接推广到任意有限维量子位。广义模型基于$d \geq 2$的群代数$\mathbb{C}\mathbb{Z}_d$。它仍然需要魔态注入的通用量子计算。我们将模型的ZX-演算,一个图形语言的基础上的霍普夫-Frobenius代数。
2022-06-30 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
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
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
State estimation from pair of conjugate qudits
我们表明,对于$N$并行输入状态,一个反线性映射相对于一个特定的基础,本质上是一个经典的运营商。我们还考虑了相位共轭对$|ϕ> |ϕ^*>$中包含的信息,证明了相位共轭对中编码的量子态比平行对中编码的量子态包含更多的信息。
2006-09-21 quant-ph
Randomised benchmarking for universal qudit gates
本文提出一种可扩展的随机基准测试方案,利用循环算子和 qudit T 门将二面体基准测试推广到单/多 qudit 系统,无需完整 Clifford 门集即可表征对角非 Clifford 门,并可结合 Clifford 随机基准测试表征通用门集生成元。
2024-08-01 math-ph math.MP quant-ph
Efficient realization of quantum algorithms with qudits
本文提出一种基于 qudit 处理器参数将标准量子比特电路转译为单/双 qudit 门序列的方法,并通过 6 量子比特算法实例验证了其高效性,为含噪声中等规模量子设备的实验提供了参考。
2024-07-01 quant-ph
Depicting qudit quantum mechanics and mutually unbiased qudit theories
我们将ZX演算推广到二维以上的量子系统。由此产生的微积分是健全的和通用的量子力学。我们定义了一个相互无偏量子理论的概念,并详细研究了这些理论的两个具体实例:量子稳定剂量子力学和Spekkens-Schreiber玩具理论。该演算使我们能够分析量子比特稳定器量子力学的结构,并提供了一个量子比特稳定器理论的几何图形,推广了量子比特稳定器量子力学的布洛赫球图形。我们还使用我们的框架来描述概括的Spekkens玩具理论更高维的系统。这给出了一个新的证明,qudit稳定剂量子力学和Spekkens-Schreiber玩具理论的dits在三维操作等价。量子比特图演算是研究量子基础、理解量子比特与量子量子力学之间关系的有效工具,为量子信息协议提供了一种新颖的、高层次的描述。
2014-12-30 quant-ph
Ptychographic estimation of qudit states encoded in the angular position and orbital angular momentum of single photons
本文提出将叠层衍射量子类比方法应用于单光子角位置与轨道角动量编码的高维量子态估计,通过二进制空间滤波器和OAM模式后选择实现,模拟验证有效并讨论实验可行性。
2025-04-18 quant-ph
Telecloning of qudits via partially entangled states
利用部分纠缠纯态作为量子信道,研究了$d$维纯量子态的量子遥克隆过程。这个过程有效地混合了最佳通用对称克隆和量子隐形传态。结果表明,它是可能的,以概率的方式使用明确的状态歧视和量子态分离计划实现通用的对称telecloning。它也表明,其他策略,如最小误差歧视,导致减少的副本的保真度和某些部分纠缠的最大施密特秩的纯态导致的平均遥克隆保真度总是高于最佳保真度的测量和制备的量子态。我们还讨论了非最大施密特秩的部分纠缠纯态的情况。这里给出的结果对于任意维数的单个输入量子态的任意数量的副本都是有效的。
2017-12-02 quant-ph
Digital-Analog Quantum Computing with Qudits
University of the Basque Country UPV/EHU(巴斯克大学);IKERBASQUE, Basque Foundation for Science(伊克尔巴斯基奎巴斯克科学基金会);Basque Center for Applied Mathematics (BCAM)(巴斯克应用数学中心)
本文提出利用量子多态的Weyl-Heisenberg基进行数字-模拟量子计算,通过结合模拟哈密顿量块和单量子多态门,实现对任意两体哈密顿量的高效模拟,展示了其在多体量子多态自旋哈密顿量中的应用。
2026-03-18 quant-ph
A framework for semi-universality: Semi-universality of 3-qudit SU(d)-invariant gates
本文提出用于理解非阿贝尔对称性量子线路的框架,证明了3-qudit SU(d)不变门的半普适性,并发现其补充3个辅助qudits后可达完全普适性,同时揭示了2-qudit门在至多11个辅助qudits下也能实现普适性。
2024-07-30 hep-th math-ph math.MP
Deciding universality of quantum gates
如果存在$N_0\geq n$,使得对于每个$N\geq N_0$,每个$N$-qudit酉操作可以通过从集合的门构建的电路以任意精度近似,则我们说$n$-qudit门的集合是通用的。我们的主要结果是最小的$N_0$与上述性质的上界。边界大致为$d^8 n$,其中$d$是基本系统的级别数(术语qu $d$中的“$d$ ")。证明是基于最近的结果(有限)线性群的不变量。
2006-09-08 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
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
Qudit-Generalization of the Qubit Echo and Its Application to a Qutrit-Based Toffoli Gate
本文提出了qubit echo向一般qudits的直接推广——basis cycling技术,用于解决含噪量子计算机中无法通过校准纠正的动态门相位误差问题,并在IBM量子计算机上利用包含qutrit的Toffoli门分解实现了高达93.8±0.1%的CCZ门保真度。
2024-07-27 quant-ph
Qudit Quantum Computation in the Jaynes-Cummings Model
我们已经开发了在Jaynes-Cummings模型中进行量子计算的方法,量子点驻留在单个谐振子模式的有限子空间中,谐振耦合到自旋1/2系统。第一种方法通过将所需的幺正变换分解为一系列用Law-Eberly方案实现的状态准备,来确定通用量子计算所需的单量子门和双量子门的分析控制序列。第二种方法用更快速的数值优化序列代替一些分析脉冲序列。在我们的第三种方法中,我们直接优化系统的演化,而不使用任何分析技术。虽然限于更小的维度qudits,第三种方法找到脉冲序列,其在比其他两种方法中的任何一种都短得多的时间内执行所需的门。
2012-10-16 quant-ph
Dark path holonomic qudit computation
非绝热完整量子计算是一种用于实现高速量子门的方法,量子门具有非阿贝尔几何相位和状态空间中的路径。由于它们的噪声容限,这些相位可以用于构造错误弹性量子门。我们推广了[M.-]中的完整暗路量子比特方案。Z. Ai { \t等人},Fundam。Res. { \bf 2},661(2022)]中所述。具体来说,我们证明了一个和两个量子点的普遍性,通过使用黑暗的路径技术。显式四元组($d=3$)门证明和循环的数量与尺寸$d$的缩放被解决。这种缩放是线性的,我们展示了如何在任何维度上有效地实现任何对角量子门。
2022-12-05 quant-ph
A Lie-algebraic Criterion for the Universality of Exponentiated Quantum Gates
The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen(香港中文大学(深圳))
本文提出一种多项式时间算法,用于判断由某些哈密顿量指数化的有限量子门集是否通用,基于李代数理论和Borel-de Siebenthal理论,揭示了量子门通用性与李代数表示不可约性的深刻联系。
2026-04-28 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
The Quantum Schur Transform: I. Efficient Qudit Circuits
我们提出了一个有效的家庭的量子线路的基本原语在量子信息理论,舒尔变换。n维量子系统上的Schur变换是标准计算基到与对称群和酉群的表示论有关的标号之间的变换。如果我们希望将舒尔变换实现到1/2的精度,那么我们的电路结构使用了许多门,这些门是n,d和log(1/2)的多项式。我们用来执行此构造的重要见解是选择适当的子群适应基和Wigner-Eckart定理。我们的高效电路结构使得量子信息理论中的许多协议在计算上易于处理,并且是一个重要的新的高效量子线路族,其显著地超出了量子傅立叶变换的标准范例。
2005-12-30 quant-ph
Spin qudit tomography and state reconstruction error
我们考虑的任务进行量子态层析成像的$d$级自旋qudit,只使用不同的量子化轴上的自旋投影的测量。在介绍了一个基础的运营商密切相关的球谐函数,它服从旋转对称性的自旋qudits,我们将我们的量子层析成像任务到经典的问题上的球上的信号恢复。然后,我们提供的算法与$O(rd^3)$串行运行时间,并行化下降到$O(rd^2)$,(i)计算先验上界的预期误差与自旋投影测量沿$r$给定轴可以重建一个未知的量子状态,和(ii)估计后验的统计误差重建的状态。我们的算法激发了一个简单的随机断层扫描协议,我们发现,使用更多的测量轴可以产生实质性的好处,平台后$r\approx3d$。
2021-09-24 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 Twisted-Torus Codes in the Bivariate Bicycle Framework
本文提出了一种基于双变量自行车框架的多维扭环码构造方法,通过扭曲边界条件提升了有限尺寸下的码距性能,并在有限域上实现了具有优良率-距离权衡的紧凑码。
2026-09-24 quant-ph
Compressed sensing quantum state tomography for qudits: A comparison of Gell-Mann and Heisenberg-Weyl observable bases
本文通过数值重建和保真度、迹距离评估,比较了 qudit 系统中 GGM 基与 HWO 基在压缩感知量子态层析中的效率,发现 HWO 基在高维时更优,并给出达到 95% 保真度所需测量算符数量的拟合曲线。
2025-06-04 quant-ph
Compatible Transformations for a Qudit Decoherence-free/Noiseless Encoding
对量子系统中无消相干或无噪声子系统(DFS/NS)的兴趣具有基础和实际意义。理解一组状态在某些变换下的不变性与更好地理解量子力学的一些基本方面以及不变子系统的实际效用相互关联。例如,DFS/NS对于保护量子密码术和量子计算中的量子信息以及实现通用计算是潜在有用的。在这里,我们讨论的变换是兼容的DFS/NS是由d-状态系统,防止集体噪声。它们是兼容的,因为它们在转换期间不会将逻辑(编码)状态带到DFS/NS之外。此外,它表明,这里导出的哈密顿演化可以用来执行通用的量子计算上的三qudit DFS/NS。在我们的推导中使用的许多方法直接适用于各种DFS/NS。更一般地说,我们也可以说,这些变换与集体运动是相容的。
2009-02-04 quant-ph
Quantum computation mediated by ancillary qudits and spin coherent states
通用量子计算的模型,其中寄存器(计算)量子比特之间所需的相互作用是由一些辅助系统介导的,与量子计算机的实验实现高度相关。我们引入这样一个通用的模型,采用了$d$维辅助qudit。辅助寄存器相互作用采取受控位移算子的形式,其中位移算子定义在量子点的周期性和离散晶格相空间上。我们表明,这些相互作用可以实现控制相位门寄存器上利用几何相位时,创建闭环遍历在这个相空间。辅助电路的额外自由度可以用来减少某些门序列所需的运算次数。特别是,我们看到量子总线(qubus)架构的计算优势,它采用了场模式辅助,也适用于这个模型。然后,我们探索了另一种辅助介导的模型,该模型采用自旋系综作为辅助系统,并且再次与寄存器量子位的相互作用是通过受控的位移算子,位移算子定义在系综的自旋相干态的布洛赫球相空间上。我们讨论了这种模型的计算优势及其与qubus架构的关系。
2014-12-09 quant-ph