Efficient two-qutrit gates in superconducting circuits using parametric coupling
针对耦合 qutrit 门因耗时长而保真度低的问题，提出基于两次部分态交换、局部操作和参数耦合的两 qutrit CZ 门方案。
2024-04-04 quant-ph
Experimental Realization of Two Qutrits Gate with Tunable Coupling in Superconducting Circuits
基于量子比特的量子线路已经被广泛研究。在许多情况下，这样的量子比特实际上是由多级系统组成的，但只有两个状态用于计算目的。虽然这种策略具有符合常见二元逻辑的优点，但在某种意义上，它浪费了这些内在多维系统的大希尔伯特空间中的现成资源。超越量子位的量子计算（例如，使用量子位或量子位）因此已经被讨论并且被认为在某些情况下比其量子位对应物更有效。然而，基于量子计算的基本要素之一，二量子量子门，仍然是一个重大的挑战。在这项工作中，我们提出并证明了一个高效的和可扩展的两个quutrit量子门超导量子线路。利用一个可调谐耦合器控制两个量子点之间的交叉克尔耦合，我们的方案通过将施加到耦合器上的简单脉冲与单量子点操作相结合，实现了保真度为89.3%的两个量子点条件相位门。我们进一步使用这样的二qutri门，以95.5%的保真度制备两个qutri的EPR态。我们的计划利用了一个可调qutrit-qutrit耦合与一个大的开：关比。因此，它提供了高效率和低的qutrits之间的串扰，因此是友好的放大。我们的工作是迈向可扩展的基于量子力学的量子计算的重要一步。
2023-02-06 quant-ph
Qutrit metaplectic gates are a subset of Clifford+T
一个流行的通用门集的量子计算与量子位是克利福德+T，因为这可以很容易地实现在许多容错架构。对于qutrits，有一个等价的T门，就像它的量子比特类似物一样，使Clifford+T近似普适，可以通过魔态注入，并支持魔态蒸馏。然而，有人声称，更好的qutrits的门集合可能是Clifford+R，其中R=diag（1，1，-1）是元代数门，因为某些协议和门可以更容易地使用R门而不是T门来实现。本文通过找到$R \otimes \mathbb{I}$作为Clifford+T电路的一个直接分解，证明了当至少有两个quriti时，quriti Clifford+R酉构成Clifford +T酉的严格子集，并证明了T门不能在Clifford+R中精确综合。这表明，实际上T门至少与R门一样强大，直到一个常数因子。此外，我们还证明了不可能找到R门的单四元组Clifford+T分解，这使得我们的结果是紧的。
2022-02-21 quant-ph
High-Fidelity Qutrit Entangling Gates for Superconducting Circuits
本文针对超导transmon器件中高保真双qutrit纠缠的挑战，利用差分AC Stark位移实现了微波激活的动态cross-Kerr纠缠，并成功构建了保真度达97.3%和95.2%的qutrit CZ†与CZ门。
2023-06-30 cond-mat.supr-con quant-ph
Decomposing the generalized Toffoli gate with qutrits
寻找多量子比特门的有效分解问题对于量子计算是重要的，特别是在应用于现有的噪声中等规模的量子设备中，其资源基本上是有限的。在这里，我们提出了一个广义的$N$ -量子比特Toffoli门的分解方案与任意连接的$2N-3$ two-qutrit门的使用。所需的额外水平的固定数量（qutrits的选择是最佳的）和使用iSWAP门作为本机操作，使我们的方法直接适用于正在进行的实验与超导量子处理器。具体来说，我们提出了一个蓝图的实现方案的Aspen-9处理器支持量子操作qutrits。
2022-04-04 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
Constructing all qutrit controlled Clifford+T gates in Clifford+T
对于许多有用的量子线路，已经发现量子比特构造与最佳已知或最佳可能的量子比特构造相比减少了资源需求。然而，在这些结构中的许多必要的quutrit门从来没有明确和有效地构造在一个容错的方式。我们展示了如何准确和unitarily构建任何qutrit多重控制的Clifford+T酉只用Clifford+T门，而不使用辅助。这样做的T计数是控件数量$k$的多项式，缩放为$O(k^{3.585})$。利用我们的结果，我们可以构造多重控制T门的无辅助Clifford+T实现以及qutrit多重控制Toffoli的所有版本，而量子位的类似结果是不可能的。作为我们的结果的一个应用，我们提供了一个程序来实现任何三元经典可逆函数$n$三元组作为一个辅助免费的四元组酉使用$O(3^n n^{3.585})$ T门。
2022-04-01 quant-ph
Single-shot realization of nonadiabatic holonomic gates with a superconducting Xmon qutrit
非绝热完整量子计算由于其对控制误差的鲁棒性和高速实现等优点而受到越来越多的关注。用超导transmon qutrit实验验证了非绝热完整单量子比特门的原始方案。然而，原始协议需要两个非对易门来实现任意的单量子比特门，这使得门暴露于错误源的时间加倍，因此使门容易受到环境诱导的退相干的影响。随后提出了单次激发方案来实现一个任意的单比特非绝热完整门。在本文中，我们实验上实现了非绝热完整单量子比特门与超导Xmon qutrit的单次发射协议，其中所有的Clifford元素门都是通过单次发射实现的。通过量子过程层析成像和随机基准测试，单次激发门达到大于99%的保真度。
2018-11-15 quant-ph
Simplified construction of $n$-qubit controlled phase gates and physical realization
我们证明了在第三层量子比特的帮助下，可以从$2n-4$双量子比特条件交换门、单量子比特控制相位门和两个单量子比特操作构造n量子比特相位门。与以前的方案不同，我们的方案使用辅助水平“暴露”一些状态的qutrit-qubit控制的相位门，而不是使用它来“隐藏”状态的条件动力学。附加级别的数目和单qutrit操作的数目都不需要随着$n$而增加。我们提出了一种腔QED中所需基本门的物理实现方法，并表明与以前的方法相比，总的门时间可以大大减少。
2012-07-19 quant-ph
Decomposition of multi-qutrit gates generated by Weyl-Heisenberg strings
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Wigner Research Centre for Physics（维格纳物理研究中心）；Algorithmiq Ltd（算法iq有限公司）
本文针对量子三态系统，开发将外尔-海森堡算子张量积指数分解的算法，并扩展到盖尔曼串生成的酉运算，用于分解多量子三态门，应用于图k着色问题的量子近似优化算法，还解决了路由挑战。
2026-07-29 quant-ph
Protocol for making a $2$-qutrit entangling gate in the Kauffman-Jones version of $SU(2)_4$
下面的论文提供了一个协议，在$4$水平上，在$SU(2)$ Chern-Simons理论的Kauffman-Jones版本中物理地生成$2$ -qutrit纠缠门。该协议使用基本操作的任意子组成的辫子，干涉测量，融合和不融合和辅助对创建。
2014-12-28 cs.IT math.IT math.QA
Transversal gates of the ((3,3,2)) qutrit code and local symmetries of the absolutely maximally entangled state of four qutrits
Auburn University（奥本大学）
本文证明了三三二型三能子码的横向门群与四个三能子绝对最大纠缠态的局部对称群之间存在紧密联系，并利用李代数理论确定了这两个群的生成元。
2026-01-27 quant-ph
Efficient Implementation of a Single-Qutrit Gate Set via Coherent Control
National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Physics, Nanjing University（南京大学固体微结构物理学院）；Shishan Laboratory, Nanjing University（南京大学时山实验室）；Jiangsu Key Laboratory of Quantum Information Science and Technology, Nanjing University（南京大学江苏省量子信息科学与技术重点实验室）；Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息与量子科技创新中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
利用SU(3)动力学，通过相干控制框架实现35纳秒高保真度单qutrit门，平均保真度99.5%，并展示可扩展至qudit算法的量子电路。
2026-06-16 quant-ph
Multi-qutrit exact synthesis
本研究拓展qutrit酉算子精确综合成果，分别构建最多1个、2个辅助比特下，基于Clifford$+T$门集综合两类qutrit酉算子的算法，中间还提出3能级酉转多受控门的方法。
2024-05-13 quant-ph
Realization of the Werner-Holevo and Landau-Streater quantum channels for qutrits on quantum computers
在IBM量子计算机上实现了量子比特的Landau-Streater（LS）和Werner-Holevo（WH）量子信道。这些通道对应于quutrit与其环境之间的相互作用，其导致全局酉协变quutrit变换违反最大$p$ -范数的乘法性。我们的LS和WH通道的实现是基于将qutrit态嵌入到两个量子比特的状态中，并使用单量子比特和两个量子比特的CNOT门来实现特定的相互作用。我们采用标准的量子门，因此开发的算法适合任何量子计算机。我们在5量子位和20量子位计算机以及模拟器上运行我们的算法。我们量化的实施渠道的质量比较他们的行动在不同的输入状态与理论预测。整体效率通过在20量子位计算机上实现的理论和实验Choi状态之间的保真度来量化。
2019-08-14 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
Generalized cross-resonance scheme for maximally-entangling two-qutrit gates
National Tsing Hua University（国立清华大学）；IIIT-Delhi（德里信息与技术研究所）；TIFR Mumbai（孟买塔塔基础研究院）；Institute of Photonics Technologies, National Tsing Hua University（国立清华大学光子技术研究所）
本文提出了一种通用交叉共振方案，用于实现最大纠缠的两量子三能级门，并通过模拟展示了多个纠缠门实例及高保真度实验结果。
2026-01-12 quant-ph
Optimal synthesis of general multi-qutrit quantum computation
提出一种递归Cartan分解方法，实现任意多量子三态门的最优量子电路综合，显著降低门成本，达到渐近最优。
2023-10-18 quant-ph
Quantum Ternary Circuit Synthesis Using Projection Operations
三值量子线路的综合涉及到三值量子域中的基本逻辑门及其运算。只有少数作品定义了三进制量子逻辑实现的三进制代数。本文将一个三值逻辑函数表示为包含一个新的投影运算的投影运算。本文还提出了一种利用广义三值门和投影运算实现新型多四值三值门的方法。我们还介绍了十个简化规则，以减少辅助qutrits和门级。我们的方法产生更低的门成本和更少的门电平和辅助qutrits比早期的方法获得的三进制基准电路。利用我们提出的方法，在没有任何辅助四元组的情况下，合成了$n$四元组三进制和函数.
2012-05-09 quant-ph
Speed limits of two-qutrit gates
本研究通过实证与解析方法研究三能级量子三元CZ门的速度极限，比较两种方法的结果并分析其与量子比特门的速度差异。
2025-10-09 quant-ph
Quantum circuit model for discrete-time three-state quantum walks on Cayley graphs
本文为凯莱图上的离散时间三态量子行走提出基于 qutrit 门的电路模型，给出电路复杂度上界，并通过数值模拟表明门噪声对概率分布的影响显著大于振幅阻尼和相位阻尼误差。
2024-01-19 cs.DM quant-ph
Qutrit randomized benchmarking
三进制量子处理器提供了优于传统量子比特技术的显著计算优势，利用了量子比特（三层系统）中的量子信息的编码和处理。为了评估和比较这种新兴量子硬件的性能，必须有适用于高维希尔伯特空间的鲁棒基准测试方法。我们展示了扩展的行业标准的随机基准（RB）协议，开发和广泛使用的量子位，适用于三进制量子逻辑。使用超导五象限处理器，我们发现一个单象限门失真低至$2.38 \times 10^{-3}$。通过交错RB，我们发现，这种quutrit门误差在很大程度上是由本地（量子位类）门保真度的限制，并采用同步RB充分表征串扰误差。最后，我们将循环基准测试应用于一个二阶CSUM门，并获得了$0.82$的二阶工艺保真度。我们的研究结果表明，基于RB的工具，以表征获得的整体性能的QUTRIT处理器，和一般的方法来诊断控制错误，在未来的QUTIT硬件。
2020-08-20 quant-ph
Realization of two-qutrit quantum algorithms on a programmable superconducting processor
使用量子三能级系统或量子位作为基本单元处理量子信息是当代基于量子位的架构的替代方案，具有提供显著计算优势的潜力。我们利用两个transmons的第三能量本征态演示了一个完全可编程的二quutrit量子处理器。我们开发了一个参数耦合器，以实现良好的连通性，在九维希尔伯特空间，使有效的实现两个qutrit门。我们通过实现几个算法，如Deutsch-Jozsa，Bernstein-Vazirani和Grover的搜索来描述我们的处理器。我们的高效无附属协议使我们能够表明，两个阶段的格罗弗的放大可以提高成功率的非结构化搜索与量子优势。我们的研究结果为使用transmons作为通用量子计算机的构建块来构建完全可编程的三元量子处理器铺平了道路。
2022-11-12 quant-ph
Building Qutrit Diagonal Gates from Phase Gadgets
本文研究 qutrit 相位小工具，提出 flexsymmetric ZX 演算，推广多重控制概念，实现无辅助量子比特的 qutrit 相位门，并给出仅需三个非 Clifford 门的 CCZ 门模拟，优于 qubit 方案。
2023-11-15 quant-ph
Experimental realization of entangled qutrits for quantum communication
我们在实验上实现了一种产生、控制和测量纠缠量子态的技术。该方案使用自发参量下转换光子和非平衡3臂光纤干涉仪，其方案类似于量子位的Franson干涉布置。结果表明，该源能够产生具有净态保真度的最大纠缠态，F = 0.985 $\pm$ 0.018。此外，对系统的控制揭示了高的净双光子干涉条纹可见度，V = 0.919 $\pm$ 0.026。这一切都是在电信波长上完成的，从而促进了长距离高维量子通信的发展。
2004-02-05 quant-ph
On some projective unitary qutrit gates
作为协议的一部分，我们在$4$水平上以一定的方式编织了$SU(2)$的Kauffman-Jones版本的Chern-Simons理论中的六个拓扑荷$222211$的任意子。我们得到的门是一个辫子通常qutrit $2222$，但相对于不同的基础。关于该基础，\cite{LEV}的Freedman群与$D$ -群$D(18,1,1;2,1,1)$相同。我们给出了$D(18,1,1;2,1,1)$群的每个Blichfeld生成元的物理解释。受这些用于qutrit的新技术的启发，我们能够为量子位$1221$制造新的附属物，即$\frac{1}{\sqrt{2}}(|1>\,+|3>)$和$\frac{1}{\sqrt{2}}(|1>\,-|3>)$。
2013-12-23 math.GR math.QA math.RT
Elementary gates for ternary quantum logic circuit
本文研究了三值量子逻辑电路的基本门。提出了三值控制X（TCX）门或三值控制Z（TCZ）门作为二元四元组基本门，它在任意二元四元组门的辅助下具有通用性。它简单、高效、易于实现。基于Cartan分解，我们还给出了四分之一基本门。然后研究了几种重要的三值门的综合，并讨论了它们的物理实现方案。最后，我们将这些基本门推广到更一般的量子情形，从而为二值和多值量子线路的综合提供了统一的描述。
2012-04-25 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
Multiplex-controlled phase gate with qubits distributed in a multi-cavity system
提出了一种多路控制相位门的实现方法，其中n个量子比特分布在n个不同的腔中，n-1个控制量子比特同时控制一个目标量子比特。这种多量子比特门是通过使用n个qutrit（三能级自然或人工原子）放置在n个不同的腔中，这些腔与辅助qutrit耦合来实现的。在这里，量子位的两个逻辑状态由放置在腔中的qutrit的两个最低能级表示。我们表明，这种n量子比特控制的相位门可以实现只使用2n+2个基本操作，即，所需的基本操作的数量仅随量子位的数量n线性增加。由于每个基本操作都采用量子-腔或量子-脉冲共振相互作用，因此当量子比特数不多时，可以快速实现门。数值模拟结果表明，利用电路QED系统可以高保真地实现由分布在三个不同腔体中的三个量子比特组成的三量子比特控制相位门。这一方案具有很强的普适性，适用于原子、NV中心、量子点或各种超导量子点分布在不同腔中的物理系统。最后，这种方法可以应用于实现一个多量子位控制的相位门与原子使用一个腔。详细讨论了用原子和一个腔实现三量子比特受控相位门的方法。
2018-06-12 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
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
Implementation of qutrit-based quantum information processing via state-dependent forces on trapped ions
我们提出了一个通过囚禁离子的态依赖力实现qutrit系统量子逻辑和纠缠的方案。通过利用存在库仑相互作用的激光-离子耦合，推导出适用于普适量子操纵的一组量子门运算，包括两个量子位组上的条件相移以及单个量子位组上的任意SU（3）旋转。作为例子，我们详细演示了如何利用这些门资源来产生两个量子态的最大纠缠态。除了对捕获离子的振动加热不敏感之外，本方案还通过适当地设计激光-离子相互作用的脉冲配置而显示出可扩展性。
2006-08-12 quant-ph
Experimental Realization of a Quantum Autoencoder: The Compression of Qutrits via Machine Learning
由于量子资源是一种珍贵的商品，它们的有效利用是非常可取的。量子自动编码器已经被提出作为减少量子存储器需求的一种方式。一般来说，自动编码器是一种使用机器学习来压缩输入的设备，即在低维空间中表示输入数据。在这里，我们实验性地实现了一个量子自动编码器，它学习如何使用经典的优化例程压缩量子数据。我们证明，当数据集的固有结构允许无损压缩时，我们的自动编码器将qutrits减少到具有低误差水平的量子位。我们还表明，该设备能够执行与量子数据或物理系统的最小先验信息，并在其优化过程中的扰动是强大的。
2019-02-15 physics.optics quant-ph
Experimental state control by fast non-Abelian holonomic gates with a superconducting qutrit
量子态操作与门的基础上获得的几何相位在循环操作承诺固有的容错性和弹性的控制参数的局部波动。在这里，我们创建了一个一般的非阿贝尔和非绝热完整门的$(\ket{0},\ket{2})$子空间中的三能级transmon制造在一个完全共面的设计。在实验上，这是通过同时耦合的前两个过渡的微波脉冲的幅度和相位定义，使得平行运输的条件得到满足。我们证明了在这个子空间中的任意叠加的创建通过改变脉冲的振幅和它们之间的相对相位。我们利用作用在完整子空间中的双光子脉冲，揭示了几何门脉冲所产生的态的相干性，并制备了不同的叠加态。我们还测试了完整的非和Hadamard门的作用叠加在$(\ket{0},\ket{2})$子空间。
2018-04-05 quant-ph
Fast Arbitrary Qutrit Gates for NV Centers in the Low-Field Regime
Universidad Politécnica de Cartagena（卡塔赫纳理工大学）；Escuela Politécnica Superior, Universidad CEU Fernando III（CEU费尔南多三世大学高等理工学院）
本文提出利用单色微波脉冲实现NV中心低场 regime 中快速任意三能级门，通过相位和持续时间的拼接扩展了NV-ERC方案，展示了如何将任意SU(3)操作分解为双量子子空间的旋转及与λ5和λ8生成元的有效实现。
2026-03-13 quant-ph
Qutrit Clifford+T gates by two-body angular momentum couplings, rotations and one-axis-twistings
University of Brasilia（巴西利亚大学）
本文提出利用两体角动量耦合、旋转和单轴扭曲操作实现三能级Clifford+T门，展示了其在量子系统中的实验可行性。
2026-04-24 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph physics.optics
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
Simulating neutrino oscillations on a superconducting qutrit
针对中微子振荡参数测量难题，研究将三味中微子编码到IBM transmon构建的超导qutrit中，用单qutrit门实现PMNS理论下的时间演化，在三种场景下硬件模拟与解析计算吻合良好。
2023-02-10 quant-ph
Complete unitary qutrit control in ultracold atoms
本文在超冷 $^{87}$Rb 原子中编码中性原子量子三态，仅用两个共振微波音调实现任意单量子三态 SU(3) 门，并通过两套门集表征 Walsh-Hadamard 傅里叶变换，验证了其作为高维量子信息处理平台的潜力。
2023-11-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Characterization of Control in a Superconducting Qutrit Using Randomized Benchmarking
我们描述了在电容性分流磁通偏置超导电路的最低三个能级中实现的qutrit控制。在qutrit Clifford组上进行随机基准测试，得到的平均保真度为98.89 $\pm$ 0.05%。对于选定的子集的克利福德组，我们进行量子过程层析成像，并观察重复的门序列的行为。每个quutrit门是通过一种适用于任何幺正的方法，只使用两个状态的旋转产生的。我们发现，误差主要是由于退相干，并有显着的贡献，从能级位移。这项工作展示了高保真qutrit控制和超导qudits的最佳控制的未来工作的概述途径。
2021-07-22 quant-ph
Time-dependent Rabi frequencies to protect quantum operations on an atomic qutrit by continuous dynamical decoupling
本文研究利用时间依赖拉比频率和连续动力学解耦保护原子三能级系统量子门操作免受环境噪声影响，并通过模拟验证其可行性，最终应用于保护区分三元素排列奇偶性的量子算法。
2024-04-02 quant-ph
Trapped-ion qutrit spin molecule quantum computer
我们提出了一种在磁场梯度存在下利用囚禁离子的qutrit量子计算机设计。磁场梯度在量子比特之间诱导“自旋-自旋”型耦合，类似于在分子中观察到的J-耦合，这允许条件量子逻辑发生。我们描述了一些细节，如何可以执行特定的一个和两个quutrit量子门，所需的通用quutrit量子计算。
2005-06-03 quant-ph
Canonical forms for single-qutrit Clifford+T operators
引入了单重态Clifford+T电路的标准形，证明了每一个单重态Clifford+T算子都存在唯一的标准形.我们表明，我们的标准形是T-最优的意义上，在所有的单quutrit克利福德+T电路实现一个给定的运营商，我们的标准形使用最少的T门。最后，我们提供了一个算法，输入的描述一个运营商（作为一个矩阵或电路），并构造该运营商的标准形式。该算法在时间上与T门的数目成线性关系。我们的结果提供了一个更高的维推广之前的工作由Matsumoto和Amano谁介绍了类似的规范形式的单量子比特Clifford+T电路。
2019-08-19 quant-ph
Direct pulse-level compilation of arbitrary quantum logic gates on superconducting qutrits
本文提出利用最优控制在超导 qutrit 与 qubit QPU 上直接脉冲级编译任意幺正门，实验证明其高保真、抗漂移且可共享校准参数。
2024-06-28 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
Synthesis of Single Qutrit Circuits from Clifford+R
Superconducting and Quantum Materials System Center (SQMS)（超导与量子材料系统中心）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；NASA Ames Research Center（美国宇航局艾姆斯研究中心）；USRA Research Institute for Advanced Computer Science (RIACS)（大学空间研究协会高级计算机科学研究所）；University of Minnesota-Twin Cities（明尼苏达大学双城分校）；The George Washington University（乔治华盛顿大学）；Duke University（杜克大学）
本文提出两种算法，利用Clifford+R群近似单三能级门，通过不同搜索策略优化R门计数和时间复杂度，为三能级计算提供可行方案。
2025-03-26 quant-ph
Intermediate Qutrit-based Improved Quantum Arithmetic Operations with Application on Financial Derivative Pricing
在一些量子算法中，算术运算对于资源估计至关重要。在二进制量子系统中，已经实现了一些有效的算术运算，如加/减，乘/除，平方根，指数和反正弦等，其中资源被报告为多个Toffoli门或T门与辅助。最近，它已被证明，中间qutrits可以用来代替辅助，使我们能够有效地运作在无辅助边界区。在这篇文章中，我们采用了中间Qutrit方法，实现了有效的实现上述所有量子算术运算的门数和电路深度没有T门和辅助。我们的资源估计与中间qutrits可以指导未来的研究，旨在降低成本，考虑计算问题的算术运算。作为计算问题的一个应用，与金融相关的问题将受益于量子计算机，量子算术电路将在其中发挥重要作用。特别是，反正弦和平方根的量子运算电路是必要的路径加载使用重新参数化方法，以及衍生品定价的收益计算。因此，在核心运算电路的背景下，以及衍生品定价的完整应用的改进进行了研究。由于我们的中间quutrit方法需要访问更高的能级，使设计容易出错，然而，我们表明，错误概率的百分比下降是显着的，因为我们实现了电路的鲁棒性相比，仅量子位的作品。
2022-05-31 quant-ph
Single-step implementation of a hybrid controlled-NOT gate with one superconducting qubit simultaneously controlling multiple target cat-state qubits
混合量子门最近引起了相当大的关注。它们在连接具有不同编码的量子比特的量子信息处理器中起着重要作用，并且在量子处理器和量子存储器之间的量子态传输中具有重要应用。在这项工作中，我们提出了一个单步实现的多目标量子比特受控非门与超导（SC）量子比特同时控制$n$目标猫态量子比特。在这个方案中，门是用耦合到三能级SC quutrit的$n$微波腔实现的。控制SC量子位的两个逻辑状态由qutrit的两个最低能级表示，而每个目标猫态量子位的两个逻辑状态由微波腔的两个准正交猫态表示。该建议基本上通过每个腔与quutrit的色散耦合来操作。门的实现非常简单，因为它只需要一个单步操作。不需要施加经典脉冲或执行测量。门操作时间与目标量子比特的数量无关，因此它不会随着目标量子比特数量的增加而增加。此外，由于在门操作期间qutrit的第三较高能级未被占据，所以来自qutrit的退相干被极大地抑制。作为这种混合多目标量子比特门的应用，我们进一步讨论了SC量子比特和猫态量子比特的混合Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠态的产生。作为一个例子，我们数值分析了在现有的电路QED技术中产生一个SC量子比特和三个猫态量子比特的混合GHZ态的实验可行性。
2022-08-28 quant-ph
Implementing a Ternary Decomposition of the Toffoli Gate on Fixed-FrequencyTransmon Qutrits
量子计算通常使用作用于两级量子比特或量子比特的量子操作来执行。现代量子计算机中的量子位遭受与环境的不可避免的有害相互作用，这些相互作用在计算期间导致错误，多量子位操作通常是主要限制。大多数量子设备自然具有多个可访问的能级，超出了传统上用于定义量子位的最低两个能级。Qudits为量子信息的存储和处理提供了更大的状态空间，降低了量子线路的复杂度，提高了量子算法的效率。在这里，我们通过实验证明了云使能的固定频率超导transmons上的多量子位操作的三元分解。具体来说，我们实现了一个保序Toffoli门由四个两transmon操作，而最佳的保序二进制分解使用八个\texttt{CNOT}的线性transmon拓扑。这两种分解都通过真值表保真度进行基准测试，其中三元方法优于\texttt{ibmq\_jakarta}上的大多数transmons集，并且通过量子过程断层扫描进一步对一组transmons进行基准测试，以实现78.00\% $\pm$ 1.93\%的平均门保真度。
2021-09-01 quant-ph
Highly robust logical qubit encoding in an ensemble of V-symmetrical qutrits
Tecnologico de Monterrey（墨西哥科技学院）；Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）；University of Granada（格拉纳达大学）；Institute Carlos I for Theoretical and Computational Physics (IC1)（卡洛斯一世理论与计算物理研究所）；University of Jaén（哈恩大学）
利用对称V配置的量子三态集合的偶奇薛定谔猫态实现高度鲁棒的逻辑量子比特编码，具备对耗散和退相干的免疫力。
2025-12-17 math-ph math.MP quant-ph
Robust Quantum Arithmetic Operations with Intermediate Qutrits in the NISQ-era
本文提出在NISQ时代利用中间qutrit方法实现无需T门和ancilla的量子算术运算，有效降低门数量和电路深度，并证明尽管设计易受错误影响，但电路深度的减少显著降低了错误概率。
2022-12-21 quant-ph
Realization of a fast triple-magic all-optical qutrit in strontium-88
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）；Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität（路德维希-马克西米利安大学物理学院）
该研究在锶-88中实现了双钟跃迁的同步魔法陷阱，通过双光子和三光子耦合实现高保真度的全光量子三重态操控，并发现魔角调制陷阱下的原子间相干时间可达715(30)毫秒。
2025-08-20 physics.atom-ph quant-ph
Physically motivated decompositions of single-qutrit gates
School of Physics and Applied Physics, Southern Illinois University（南伊利诺伊大学物理与应用物理学院）；Advanced ICT Research Institute, National Institute of Information and Communications Technology（信息通信技术研究所先进ICT研究部，日本国立情报学研究所）；Research Institute for Science and Technology, Tokyo University of Science（东京理科大学科学技术研究院）；Department of Physics, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学物理系）；IKERBASQUE Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯科奎科学基金会）；EHU Quantum Center, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学EHU量子中心）
本文提出一种基于物理动机的U(3)矩阵分解方法，用于超导qutrit的固定频率共振控制脉冲，并分析了参数化中的过参数化问题，以Walsh-Hadamard门为例展示了不同分解之间的关系及最短实现路径。
2026-07-08 quant-ph
Synthesis and Arithmetic of Single Qutrit Circuits
本文研究单 qutrit 线路的综合与算术，通过模导数和正定二次型刻画并归约最小分母指数问题，证明 Clifford$+D$ 门自然出现，并给出精确综合算法且推广至任意素数幂 qudit。
2025-02-18 quant-ph
