Universal super-replication of unitary gates
量子态服从渐近无克隆定理，即没有确定性机器可以可靠地复制相同准备的纯态的通用序列。与此形成鲜明对比的是，我们表明，通用序列的酉门可以确定性地复制在近二次率，除了一个指数小部分的错误消失在大多数输入。这个结果与不可克隆定理并不矛盾，因为不可能确定性地将纯态转化为幺正门，从而阻止了门复制协议在态上的应用。除了门复制，我们表明，$N$并行使用一个完全未知的幺正门可以压缩成一个单一的门作用于$O(\log N)$量子位，导致量子通信量的指数减少需要远程实现门。
2015-02-20 quant-ph
Probabilistic implementation of universal Hadamard and Unitary gates
我们表明，Hadamard和酉门可以实现由一个单一的进化与测量从一组$A = {{| {Ψ_i} > ,| {\bar Ψ_i} >}}({i = 1,2})$选择的任何未知状态，当且仅当$| {Ψ_1} > ,| {Ψ_2} > ,| {\bar Ψ_1} > ,| {\bar Ψ_2} >$是线性独立的。我们还可以获得最佳的转换效率。
2004-09-02 quant-ph
Distinguishing Unitary Gates on the IBM Quantum Processor
一个未知的酉门，它是从几个已知的酉门中秘密选择的，总是可以被完美地区分开。在本文中，我们在IBM的量子处理器上实现了这样的任务。更准确地说，我们实验证明了两个量子比特酉门，身份门和$\frac{2}{3}π$相移门的歧视，使用两种歧视方案-并行方案和顺序方案。我们在IBM云平台上的超导量子处理器\emph{ibmqx4}上，借助$QSI$模块，实现了这两种方案的编程[S. Liu等人，~ arXiv：1710.09500，2017]。我们报告说，这两个歧视计划实现成功概率至少85%。
2018-07-02 quant-ph
Demonstration of a universal one-way quantum quadratic phase gate
我们证明了一个二次相位门的单向量子计算在连续变量制度。这个正则门，连同相空间位移和傅里叶旋转，完成了一套通用的门实现任何单模高斯变换，如任意压缩。与基于测量的挤压器的先前实现相反，电流门完全由零差检测器的本地振荡器相位控制。基于这种可控性，我们给出了连续变量上单向量子计算原理的实验演示。此外，我们可以观察到子散粒噪声正交方差的输出状态，确认非经典状态通过集群计算创建。
2009-06-17 quant-ph
Demonstration of a fully tuneable entangling gate for continuous-variable one-way quantum computation
我们引入了一个完全可调的纠缠门用于连续变量单向量子计算。我们提出了一个证明的原理演示通过传播两个独立的光输入通过一个三模线性集群状态和应用在各种制度的门。通过验证输出态的纠缠强度，证实了该门的真正量子性质。我们的协议可以很容易地纳入有效的多模相互作用操作的大规模单向量子计算的背景下，我们的调整过程是集群状态成形的概括。
2014-10-02 quant-ph
Experimental Demonstration of a Quantum Circuit using Linear Optics Gates
量子计算的光学方法的主要优点之一是光纤可以用来连接逻辑和存储设备以形成有用的电路，类似于传统计算机的电线。在这里，我们描述了一个简单的量子线路的实验演示，在这种电路中，两个概率异或（XOR）逻辑门结合起来计算三个输入量子比特的奇偶校验。
2005-04-05 quant-ph
Entangling power of multipartite unitary gates
我们研究了多体幺正门在单纠缠度量下的纠缠特性。特别强调三方的情况下，我们推导出一个$n$ -partite门的纠缠功率作为门的显式函数的解析表达式，链接门的纠缠功率作用于$n$ -partite希尔伯特空间的尺寸$d_1 \ldots d_n$到纯态的纠缠尺寸$(d_1 \ldots d_n)^2$希尔伯特空间。此外，我们估计其平均值的酉和正交群，分析的最大纠缠功率，并将其与$2n$缔约方的系统的绝对最大纠缠（AME）状态。最后，我们提供了一个详细的分析三量子比特酉门和正交门的纠缠特性。
2020-01-18 quant-ph
Demonstration of a Quantum Controlled-NOT Gate in the Telecom Band
我们提出了第一个量子控制非（CNOT）门实现使用光纤为基础的不可分辨光子对源在1.55 $μ$ m电信波段。使用这种自由空间CNOT门，所有四个贝尔态的产生和充分的特点，通过执行量子态层析成像，证明门的明确的纠缠能力和高保真度。该CNOT门的工作频带使得它特别适用于量子通信和线性光学量子计算接口处的量子信息处理任务。
2008-02-11 quant-ph
Parallelizable adiabatic gate teleportation
我们引入了一个扭曲的海森堡型相互作用哈密顿量，一个海森堡型自旋相互作用，其中第二个量子比特的坐标根据幺正门扭曲。我们发展了可并行绝热门隐形传态（PAGT），其中一个酉门序列在绝热过程的单个步骤中执行。在PAGT中，数值计算表明实现$L$幺正门序列的绝热演化所需的时间最多随$O(L^5)$而增加。然而，我们表明，它有一个有趣的属性，它可以映射的时间顺序的门的空间顺序的相互作用指定的最终哈密顿。利用这一特性，我们提出了一种控制PAGT方案，通过控制量子比特来控制门的顺序。在受控PAGT方案中，通过同时应用实现酉门$F$和$G$的扭曲海森堡型相互作用哈密顿量，根据控制量子比特的状态相干地执行两个不同排序的顺序酉门$FG$和$GF$。我们调查为什么扭曲海森堡型相互作用哈密顿允许PAGT。我们表明，扭曲海森堡型相互作用哈密顿量有能力执行一个转置酉门，只需修改的空间排序的最终哈密顿实现一个酉门绝热门隐形传态。由转置酉门所表示的时间反演哈密顿量所产生的动力学使得能够在绝热实现中确定性地模拟并行门隐形传态的后选择事件。
2015-09-04 quant-ph
On the generation of sequential unitary gates from continuous time Schrodinger equations driven by external fields
在所有关于量子计算机的各种提议中，一个共同的特征是量子线路被期望由作用于量子态的幺正变换的级联组成。提出了一个框架，直接表示这些基本量子门的控制输入进入连续时间强迫薛定谔方程。
2002-03-02 quant-ph
Demonstration of a neutral atom controlled-NOT quantum gate
我们提出了第一个示范的CNOT门使用中性原子。我们实现的CNOT使用的Rydberg封锁之间的相互作用的中性原子之间的光阱分离>8 μ \rm m。我们使用两种不同的门协议测量了F=0.73和0.72的CNOT量子数，并通过测量宇称振荡表明，该门可以用来产生在纠缠阈值处具有保真度的两原子态。我们预计，里德堡相互作用的长程性质将是有吸引力的未来扩展这项工作的多量子位系统。
2009-11-24 quant-ph
Optimal Realizations of Controlled Unitary Gates
受控非门和单量子比特门被认为是量子计算中的基本门。人们自然会问，要实现更复杂的门或电路，需要多少这样的基本门。回想一下，受控U门可以用两个受控非门和四个单量子位门来实现。我们证明了这种实现是最优的，当且仅当矩阵U满足条件tr U！= 0，tr UX！= 0，det U！= 1.我们还得到了最佳的实现在非通用的情况下。
2002-07-27 quant-ph
Experimental implementation of optimal linear-optical controlled-unitary gates
我们表明，这是可能的，以减少两个量子比特门的数量所需的任意控制酉变换的建设高达两倍，使用可调控制相位门。在线性光学平台上，两个量子比特门只能概率地实现，我们的方法显着减少了组件的数量，并增加了两个量子比特门的成功概率。本文提出的控制单量子比特幺正门技术的实验实现表明，只需要一个可调控制相位门，而不是两个标准的控制非门。因此，我们不仅将成功概率提高了大约一个数量级（使用相同的资源），而且还避免了进行量子非破坏测量的需要，否则需要连接两个概率门。随后，我们将我们的方法推广到更高的顺序，表明可以通过用可调控制相位门替换控制非门块来优化n次控制门。
2014-10-16 quant-ph
Demonstration of a quantum nondemolition sum gate
和门是基于连续量子变量的普适量子计算的典型双模门。它代表了量子位C-NOT门的自然模拟。此外，连续变量门描述了两个光场的正交分量之间的量子非破坏（QND）相互作用。我们用R.菲利普，P.马雷克和U. L. Andersen [ \pra { \bf 71}，042308（2005）]，仅基于离线压缩状态、零差测量和前馈。结果得到验证，同时满足QND测量的标准，在两个共轭求积。
2008-08-05 quant-ph
Bipartite unitary gates and billiard dynamics in the Weyl chamber
研究了一个幺正量子门$U$的长时间行为，该量子门依次作用于两个$N$维的子系统.我们推导出一个表达式，描述一个任意迭代的两个量子比特门利用链接到一个自由粒子的动力学在$3D$台球。由于这种动力学的遍历性，沿着源自规范形式中的通用双量子位门$V$的轨迹$V^t$的平均值对于大$t$趋向于根据外尔腔中的平坦测度分布的随机酉门的系综上的平均值-最小$3D$集合包含来自局部等效门的所有轨道的点。此外，我们表明，对于一个大尺寸的$N$的平均纠缠熵沿着一个通用的轨迹平均符合平均的随机酉矩阵分布在$U(N^2)$根据Haar措施的合奏。
2018-07-19 quant-ph
Arbitrary state controlled-unitary gate by adiabatic passage
我们提出了一个鲁棒的方案，涉及原子固定在一个光学腔中，直接实现通用的控制酉门。本技术的基础上绝热通过使用新的暗态非常适合于受控旋转操作。我们表明，这些黑暗的状态允许一个门，这是一个广义的控制酉门的情况下，控制量子位可以被选择为一个任意的状态的强大的实现。这种门具有潜在的应用，以快速实现量子算法，如投影测量算法。这个过程是消相干自由的，因为激发原子态和腔模在动力学过程中没有被填充。
2006-01-27 quant-ph
Experimental demonstration of a non-destructive controlled-NOT quantum gate for two independent photon-qubits
用于两个量子比特（qubit）的通用逻辑门形成了量子信息处理的基本成分。然而，作为量子比特的最佳候选者之一的光子缺乏量子逻辑运算所需的强非线性耦合。在这里，我们将展示如何克服这一缺点，通过报告一个非破坏性的受控非（CNOT）门的原理验证实验演示两个独立的光子，仅使用线性光学元件结合单光子源和条件动力学。此外，我们还利用CNOT门在一个量子隐形传态实验中实现了对所有四种Bell态的区分。
2005-02-02 quant-ph
Experimental demonstration of teleportation-based programmable quantum gate
我们实验证明了一个可编程的量子门，它可以在一个由两个量子位程序寄存器的量子态完全指定的任意基上对数据量子位进行符号翻转操作。我们的线性光学实现的灵感来自于基于传送的量子计算方案，并依赖于多光子干涉和符合检测。我们通过对几个不同程序的数据量子位进行全量子过程层析成像，证实了门的可编程性及其高保真性能。
2009-05-25 quant-ph
The Controlled-U and Unitary Transformation in Two-Qudit
我们具体地从一些基本门构造了qudit中受控U门的一个推广。我们还利用扩展的受控U门构造了二量子中的幺正变换，并证明了它的普适性。
2003-04-11 quant-ph
Experimental demonstration of a Hadamard gate for coherent state qubits
我们讨论并实验证明了一种用于相干态量子比特的概率Hadamard门。该方案是基于线性光学元件，非经典资源和联合投影作用的光子计数器和零差探测器。我们的实验特征的门的相干态的计算基础的变换后的输出状态的全层析重建。根据实验参数，我们模拟了Bloch球上所有相干态量子比特的保真度。
2011-09-22 quant-ph
Quantifying Entangling Power of Controlled Unitary Gates
Center for Quantum Engineering, Research, and Education, TCG CREST（TCG CREST 量子工程、研究与教育中心）
本文提出可计算量ζ量化受控幺正门的纠缠能力，推导其通用上界并关联其他量子熵量，经对比验证该量可达到对应维度下纠缠能力的已知最优值。
2026-08-24 quant-ph
All maximally entangling unitary gates
我们的特点是所有最大纠缠的二分酉算子，作用于系统$A,B$的任意有限尺寸$d_A\le d_B$，当使用辅助系统由双方是允许的。几个有用的和有趣的后果，这种特性进行了讨论，包括理解为什么纠缠和解纠缠能力的一个给定的（最大纠缠）酉可以不同，并证明这些能力必须是相等的，当$d_A=d_B$。
2011-08-19 quant-ph
Measurement based 2-qubit unitary gates for pairs of Nitrogen-Vacancy centers in diamond
高保真双量子位量子逻辑门的实现对于诸如金刚石中的氮空位（NV）中心的隔离固态量子位仍然是一个突出的挑战。在这项工作中，我们表明，通过驱动NV中心对进行光子散射过程，同时翻转它们的量子比特状态，我们可以实现一个单一的双量子比特门条件下的单光子检测事件。此外，通过利用NV中心电子状态的光学跃迁之间的量子干涉，我们实现了两个特殊的驱动频率的存在：一个“魔术”点的自旋保持弹性散射率被抑制，和一个“平衡”点的状态翻转散射率是相等的。我们分析了四种不同的门操作方案，利用这两个特殊的驱动频率，以及在驱动和收集路径的偏振的各种组合。我们的理论和数值计算表明，门保真度可以高达97%。所提出的幺正门与现有的单量子比特幺正操作相结合，形成了一个用于量子计算的通用门集。
2018-08-29 quant-ph
Time reversal and exchange symmetries of unitary gate capacities
酉门是量子通信的有趣资源，部分原因是它们总是可逆的，本质上是双向的。本文探讨这两个对称性：时间反演和交换的爱丽丝和鲍勃。我们将介绍一些酉门的例子，这些酉门在前向和后向能力之间（即使在反向通信由自由纠缠辅助时）以及在纠缠辅助和无辅助能力之间表现出巨大的分离。在此过程中，我们将给出一个一般的时间反演规则，用于关联酉门及其逆门的容量，这将解释为什么以前寻找非对称容量的尝试失败了。最后，我们将看到擦除量子信息和破坏纠缠的能力如何成为量子通信的宝贵资源。
2009-07-28 quant-ph
Entangling characterization of (SWAP)1/m and Controlled unitary gates
我们研究了（SWAP）1/m（m>=1）和受控酉门的纠缠功率和完美纠缠性质。结果表明，（SWAP）1/2是该族中唯一的完美纠缠子。另一方面，确定局部等价于CNOT的CU的子集。结果表明，该子集是一个完美的纠缠，必须具有最大的纠缠功率。
2009-01-05 quant-ph
Theory and Experimental Demonstration of Wigner Tomography of Unknown Unitary Quantum Gates
本文提出一种将Wigner层析成像扩展到未知酉量子过程的通用协议，结合实验与经典后处理算法重构未知过程，并在IBM量子设备上实验验证，同时提供校准电路以量化误差。
2024-12-18 quant-ph
Universal and deterministic manipulation of the quantum state of harmonic oscillators: a route to unitary gates for Fock State qubits
我们提出了一个简单的量子线路，它允许对受限谐振子的量子态进行普适的和确定性的操纵。该方案是基于与辅助三能级系统和一个经典的外部驱动源的参考振荡器的选择性相互作用，并使任何Fock态的幺正操作，二乘二。一个电路等效于Fock态量子位上的单个量子位酉逻辑门。类似协议的序列允许对谐振子量子态进行完全的、确定性的和与状态无关的操纵。
2004-11-10 quant-ph
Demonstration of an optical quantum controlled-NOT gate without path interference
我们首次在实验上实现了无光路干涉的光量子控制非门，其中两个相互作用的光路干涉仪（Phys.Rev.A { \bf 66}，024308（2001），Phys.Rev.A { \bf 65}，012314（2002））已经被具有合适的偏振相关透射率和反射率的三个部分偏振分束器所代替。使用最近提出的方法（Phys. Rev. Lett. { \bf 94}，160504（2005）），通过该方法可以从两个经典真值表的32个测量结果估计量子过程保真度和纠缠能力，显著少于全量子层析成像所需的256个测量结果。
2005-06-30 quant-ph
Decomposition of unitary matrices and quantum gates
给出了一种将$d$ × $d$酉矩阵分解为具有附加结构的两层酉矩阵与给定行列式的乘积的一般方案。特别地，分解可以通过使用$d-1$类中的两级矩阵来完成，其中每个类同构于$2\times 2$酉矩阵的群。该方法简单易行，适用于处理带有附加结构约束的问题。用Matlab程序实现了该方案，并利用结果推导出作用于$n$ -qubit寄存器的每个量子门都可以表示为不超过$2^{n-1}(2^n-1)$完全控制的单量子位门，其中每个$2^n-1$类中的量子门共享相同的$n-1$控制量子位.此外，研究表明，可以很容易地调整所提出的分解方案，以利用过程中演变的附加结构。
2013-03-08 quant-ph
Diagonal-unitary 2-designs and their implementations by quantum circuits
我们研究了随机对角酉矩阵的有效生成，酉矩阵对角在一个给定的基础上，其特征值随机分布的相位的合奏。尽管它们的代数结构很简单，但它们不能通过由几个量子比特对角门组成的量子线路来实现。介绍了对角酉$t$ -设计，并给出了两个在$N$ -量子比特系统中实现对角酉$2$ -设计的量子线路.一种是由单量子比特对角门和相位随机化的相位控制门组成，在所有量子比特对上应用这些门后，实现了精确的对角酉$2$设计。所需的门数为$N(N-1)/2$。如果使用受控Z门而不是受控相位门，则电路不能实现精确的$2$设计，而是通过在随机选择的量子位对上应用门来实现$ε$近似$2$设计。由于对的随机选择，电路获得额外的随机性，并且所需的门的数量至多为$O(N^2(N+\log1/ε))$。我们还提供了一个应用程序的电路，一个协议的产生一个确切的$2$ -设计的随机状态相结合的电路与一个简单的经典程序，需要$O(N)$随机经典位。
2014-01-30 quant-ph
Characterizing errors on qubit operations via iterative randomized benchmarking
通过改进的门校准减少幺正误差，我们在电路量子电动力学系统中使用超导量子比特实现了99.95%的基准单量子比特门保真度。我们提出了一种方法来区分酉和非酉错误的量子门的目标门内的随机基准序列交错重复。基准保真度衰减二次方与单位误差的交错门的数量，但线性的非单位，使我们能够分离系统相干误差的消相干效应。有了这个协议，我们表明，门的保真度是不受单一的错误，但由另一个驱动激活源的退相干，如幅度波动。
2015-04-24 quant-ph
Unitary Gate Synthesis for Continuous Variable Systems
本文研究了连续变量双模幺正门的综合问题，其中两个模A和B由一个固定的二次哈密顿量H耦合。门综合由一系列的演变支配的哈密顿H间隔的局部相移应用到A和B。我们专注于协议，需要最少的必要步骤，我们展示了如何实现分束器和双模挤压器在短短的三个步骤。特别注意的哈密顿量x_AP_B，描述了有效的非共振相互作用的光与集体原子自旋。
2003-03-13 quant-ph
Characterization of three-qubit controlled unitary gates of Schmidt rank three
RPTU University Kaiserslautern-Landau（凯泽斯劳滕-兰道技术大学）
本文刻画了Schmidt秩为三的三量子比特受控酉门，给出了充要条件，并构造了显式例子，分析其纠缠能力，展示了从完全可分到最大GHZ类态的纠缠生成，并提供了达到最小CNOT门数的分解。
2026-06-18 quant-ph
SU(4) gate design via unitary process tomography: its application to cross-resonance based superconducting quantum devices
本文提出利用CR哈密顿量传播子与Weyl腔几何结构，在超导量子器件上实现无回波的连续R_{ZZ}(θ)门，并验证了其在SU(4)门设计中的保真度与时间优势。
2025-03-12 quant-ph
Demonstration of a simple entangling optical gate and its use in Bell-state analysis
我们展示了一种新的架构的光学纠缠门，这是显着比以前的实现简单，使用部分偏振分束器，使只有一个单一的光学模式匹配条件是必需的。我们演示了操作的控制Z门在连续波和脉冲制度的操作，充分表征它在每种情况下使用量子过程层析成像。我们还展示了一个完全解决的，非确定性的光学贝尔状态分析仪的基础上，这个受控的Z门。这种新的架构非常适合于光学门的引导光学实现。
2005-09-29 quant-ph
Operator Spreading in Random Unitary Circuits with Unitary-invariant Gate Distributions
研究酉不变系综门分布下随机酉电路的算子扩散，发现其长期行为由蝴蝶速度和扩散常数控制，但需有限时间达到二元权重形式且具有限畴壁宽度，并以Poisson核分布电路验证。
2025-05-02 quant-ph
Fidelity Between Unitary Operators and the Generation of Gates Robust Against Off-Resonance Perturbations
我们执行两个酉矩阵之间的保真度的函数扩展，以找到目标门的鲁棒实现的必要条件。将这些条件与由Magnus展开和Dyson级数得到的条件进行比较，表明它们在一阶上是等价的。通过利用稳健设计优化的技术，我们通过引入一个额外的标准来搜索控制脉冲来解释实验可行性的问题。通过进化多目标优化的方法，探索非门实现过程中多个目标之间的竞争，实现了这种搜索。
2011-01-20 quant-ph
Synthesis and upper bound of Schmidt rank of the bipartite controlled-unitary gates
量子电路模型是实现复杂量子计算最常用的范例。基于Cartan分解，我们证明了本文定义的$2(N-1)$广义受控$X$（GCX）门、$6$单量子比特绕$y$ -和$z$ -轴的旋转以及$N+5$单粒子$y$ -和$z$ -旋转类型足以模拟$A$控制$\mathbb{C}^2\otimes \mathbb{C}^N$的受控幺正门$\mathcal{U}_{cu(2\otimes N)}$.在具有$M\geq3$的幺正门$\mathcal{U}_{cd(M\otimes N)}$局部等价于$\mathbb{C}^M\otimes \mathbb{C}^N$上的对角幺正的情况下，需要用$2M(N-1)$ GCX门和$2M(N-1)+10$单部$y$ -和$z$ -旋转型来模拟它，给出了实现$\mathcal{U}_{cu(2\otimes N)}$和$\mathcal{U}_{cd(M\otimes N)}$的量子电路.此外，我们发现在$A$控制下的$\mathcal{U}_{cu(2\otimes2)}$具有Schmidt秩2，并且在其他情况下，目标酉的对角化形式可以根据特定的简单类型的乘积酉算子展开。
2022-09-11 quant-ph
Proof-of-principle experimental demonstration of quantum gate verification
为了采用量子器件，首先需要评估器件中的量子门的性能。由于量子门的维数随着量子比特的数量呈指数增长，因此评估量子门的性能是一项具有挑战性的任务。最近，一种称为量子门验证（QGV）的方案被提出，它可以以接近最优的效率验证量子门。在本文中，我们实现了一个原理验证的光学实验来证明这种QGV方案。我们表明，对于一个单量子位量子门，只需要$\sim300$样本来确认的量子门的保真度至少是$97\%$与$99\%$置信水平使用QGV方法，而至少$\sim3000$样本需要使用标准的量子过程层析成像方法来实现相同的结果。本文所验证的QGV方法具有广泛应用于各种量子信息应用中量子器件的评估的潜力。
2022-02-11 quant-ph
Experimental Demonstration of Efficient High-dimensional Quantum Gates with Orbital Angular Momentum
量子门是实现量子计算机必不可少的器件，已经在各种类型的二能级系统中实现。然而，尽管在某些量子计算和量子信息方面，高维量子系统比二能级系统有着显著的优势，但对于高维量子门的理论和实验研究却很少。在这里，我们实验证明了四维X门和它的独特的高阶平均转换效率为93\%。所有这些门都是基于单光子的轨道角动量自由度。此外，利用偏振自由度实现了一组受控的量子门。我们的工作是实现任意高维量子线路目标的重要一步，为实现高维量子通信和计算铺平了道路。
2021-11-22 quant-ph
Demonstration of Robust Quantum Gate Tomography via Randomized Benchmarking
典型的量子门层析成像协议与自一致性问题作斗争：在没有初始状态和最终测量的知识的情况下不能重建门操作，但是在没有良好表征的门的情况下不能获得这样的知识。最近提出的技术，被称为随机基准断层扫描（RBT），回避这个自我一致性问题，设计实验是不敏感的准备和测量的缺陷。我们在超导量子比特系统中实现了这一提议，使用了一些实验改进，包括在单个“原子”脉冲和自定义控制硬件中实现Clifford组的每个元素，以实现大开销协议。我们展示了几个单量子位量子门的稳健重构，包括Clifford群外的幺正。我们证明，RBT产生的物理门重建是一致的随机基准获得的qualities。
2015-05-25 quant-ph
Unitary Synthesis with AlphaZero via Dynamic Circuits
本文提出受 AlphaZero 启发的强化学习智能体，利用离散逻辑门精确编译酉变换，并扩展到含测量与条件门的动态电路，以低推理时间高效综合可复用量子子程序。
2025-08-28 quant-ph
Experimental demonstration of a high-fidelity virtual two-qubit gate
本研究实验演示虚拟双量子比特门，通过电路中间测量实现投影门、确定性采样减少评估次数并结合量子误差缓解，将虚拟CZ门平均保真度提至0.9938±0.0002，为少比特量子模拟及远距双比特门实现提供实用方案。
2023-12-09 quant-ph
Universal unitary gate for single-photon spinorbit four-dimensional states
最近证明的可能性纠缠相反的值的轨道角动量（OAM）的光子与它的自旋，使实现非平凡的单光子自旋轨道四维态的量子信息的目的。然而，迄今为止，还没有提出能够对这样的自旋轨道光子态执行任意么正变换的光学器件。在这项工作中，我们将展示如何实现这样一个“通用单一门”的设备，仅基于现有的光学技术，并描述其操作。除了量子信息领域之外，所提出的器件可以在需要有效和方便地操纵组合的OAM和光的自旋的任何地方找到应用。
2009-08-22 quant-ph
Optimal universal programming of unitary gates
通用量子处理器（英语：Universal quantum processor）是一种将（量子）程序作为输入的设备，该程序包含任意幺正门的编码和（量子）数据寄存器，编码门应用于该寄存器。虽然不存在完美的通用量子处理器，但在过去的二十年里，近似处理器已经被提出。一个基本的开放问题是最小量子程序的大小如何与近似误差成比例。在这里，我们回答这个问题，通过证明一个边界的大小的程序和设计一个具体的协议，达到了在渐近极限的约束。我们的结果是基于最佳规划和海森堡极限之间的连接量子精密测量，并建立了一个渐近等价的编程，学习和估计酉门的任务。
2021-02-04 quant-ph
Efficient implementation of bipartite nonlocal unitary gates using prior entanglement and classical communication
任何二分非定域幺正操作都可以通过将一个量子态从一方传送到另一方，在本地执行幺正门，然后再将一个态传送回来来实现。本文研究了可以使用比隐形传态所需的更少的先验纠缠和经典通信来实现的幺正。这样的酉的大家族是使用有限群的（投射）表示来构造的。所使用的工具包括：一个图解方法表示纠缠态，定理的必要缺乏信息在某些时间和地点，并表示二分幺正的基础上，一组傅立叶变换。
2010-06-20 quant-ph
A universal quantum circuit for two-qubit transformations with three CNOT gates
我们考虑通过CNOT门和单量子比特幺正门实现两量子比特的幺正变换。我们表明，通过一个明确的量子线路，连同本地门三个CNOT门是必要的和足够的，以实现任意幺正变换的两个量子比特。我们还确定了两个量子比特门的子集，可以执行只有两个CNOT门。
2003-08-04 quant-ph
The unitary dependence theory for understanding quantum circuits and states
我们发展了一个幺正相关理论来描述量子线路和态的行为，即量子门如何操纵量子比特并确定它们的测量概率。如果量子比特的测量概率依赖于1-量子比特幺正门的参数，则量子比特依赖于1-量子比特幺正门。一个1量子比特的幺正产生了对目标量子比特的这种依赖，而一个CNOT门将所有的依赖从控制量子比特复制到目标量子比特。输出状态的完整依赖图详细描述了量子位在被操纵或测量时可能具有的连接。与传统的量子线路和态的纠缠描述相比，依赖图提供了更多的实际信息，更容易推广到多量子比特系统，并且对系统分割具有更好的鲁棒性。幺正相关理论是理解量子线路和状态的有用工具，它基于基本门如何影响操纵和测量的实用思想。
2022-04-05 quant-ph
Universal unitary gate for single-photon 2-qubit states
在纠缠光子的空间二进制替代与其偏振，可以使用单光子来研究任意的2量子比特状态。通过马赫-曾德尔干涉仪发送光子，配备了一组改变偏振的波片，相当于对2量子比特状态进行幺正变换。我们表明，任何所需的酉门可以实现一个明智的选择参数的设置，并讨论了一些应用。它们包括一个未知的2-qubit状态的诊断，光学Grover搜索，以及Vaidman，Aharonov和Albert发明的思想实验的实现。
2001-01-16 quant-ph
Optimal quantum discrimination of single-qubit unitary gates between two candidates
本文分析了一个单比特幺正门的鉴别问题，其中两个候选者不具有经典描述，但具有量子样本。更准确地说，有三个酉量子门--两个候选者中的每一个都有一个目标和一个样本--除了它们的维度之外，它们的经典描述是未知的。目标门是在候选人中平等选择的。我们得到的最佳协议，最大限度地提高预期的成功概率，假设哈尔分布的候选人。该问题最初在Hillery等人（J. Mod. Opt. 2010）中引入，其提供了基于Andersson等人（J. Phys. A 2003）的"单一比较”方案实现预期成功概率7/8的方案。从那时起，该协议的最优性一直是一个悬而未决的问题。我们证明了最优的比较协议，这意味着只有一个的两个样本（每个候选人一个）是需要实现最佳的歧视。由于给定协议内的样本和目标门的动态排序，优化包括量子测试仪范围之外的协议。
2021-08-25 quant-ph
Demonstration of a Parametrically-Activated Entangling Gate Protected from Flux Noise
在最先进的量子计算平台中，包括超导量子位和捕获离子，2量子位纠缠门中的缺陷是误差对系统范围性能的主要贡献。最近，一种新的2-qubit参量门被提出，并与超导transmon量子比特的演示。该门通过对transmon频率的RF调制来激活，并且可以在性能对通量噪声一阶不敏感的幅度下操作。在这项工作中，我们通过实验验证了这种交流甜蜜点的存在，并证明其依赖于白噪声功率从室温电子。有了这些因素，我们测量相干限制的纠缠门结晶度高达99.2 $\pm$ 0.15%。
2019-12-17 quant-ph
Unitary quantum gates, perfect entanglers and unistochastic maps
研究了酉群上Haar测度诱导的量子门系综的非定域性质。我们分析了酉矩阵U的纠缠熵等于重排矩阵奇异值向量的香农熵。对U（N^2）上的哈尔测度上的熵求平均，我们发现它的渐近行为。对于两个量子比特的量子门，我们导出了相互作用内容的诱导概率分布，并表明完美纠缠体的相对体积为8/3 π \approx 0.85。我们建立了一个单比特双随机映射是单随机映射的显式条件，使得它可以通过在最大混合态下的单比特环境上的部分迹得到.
2013-04-30 quant-ph
Single-qubit unitary gates by graph scattering
我们考虑平面波状态散射的影响有限图，作为一种方法来实现单量子比特酉操作的通用量子计算的连续时间量子行走框架内。在给定图的任意点上连接四个半无限尾，表示单个量子位的输入和输出寄存器。对于一系列的动量本征态，我们列举了所有的图形与高达$n=9$顶点的散射实现单量子位门。随着$n$的增加，新的酉操作的数量呈指数级增加，对于$n>6$，大多数对应于围绕大致均匀分布在布洛赫球上的轴的旋转。旋转的合理和无理倍的$π$被发现。
2011-11-21 quant-ph
Experimental Demonstration of a Quantum Controlled-SWAP Gate with Multiple Degrees of Freedom of a Single Photon
优化量子门的物理实现对于构建量子计算机具有重要意义。受控SWAP门又称Fredkin门，可广泛应用于各种量子信息处理方案中。在本研究中，我们提出并实验实现了单光子混合自由度系统中的量子Fredkin门。利用偏振态作为控制量子比特，在光子轨道角动量所张成的四维希尔伯特空间中实现SWAP操作。在我们的实验中，量子Fredkin门的有效转换率$\mathcal{P}$是$(95.4\pm 2.6)\%$。此外，我们还发现利用我们的量子Fredkin门可以制备出一类Greenberger-Horne-Zeilinger类态，并且这些非分离态可以通过破坏Mermin不等式来表现其量子上下文特性.我们的实验设计和编码方法对高维混合编码量子系统的量子计算和量子基础研究具有重要意义。
2021-04-20 quant-ph
