Optimal Synthesis of Multi-Controlled Qudit Gates
我们提出了一个线性尺寸的综合的多控制Toffoli门的qudits与最多一个借来的辅助。这一个附属物甚至可以在qudit维度为奇数时保存。我们的合成导致在qudits上实现的各种量子算法的改进。特别是，我们得到（i）一个线性尺寸和一个干净的辅助合成的多控制qudit门;（ii）一个最佳尺寸和一个干净的辅助合成的酉qudit上;（iii）一个接近最佳的尺寸和辅助免费/一个借用的辅助实现的经典可逆函数qudit门。
2023-03-23 quant-ph
Molecular spin qudits for quantum simulation of light-matter interactions
我们表明，分子自旋量子阱提供了一个理想的平台来模拟光子场与物质强相互作用的量子动力学。所提出的分子量子模拟器的基本单元可以通过自旋1/2和自旋$S$过渡金属离子的简单二聚体来实现，仅由微波脉冲控制。利用自旋$S$离子在灵活的架构中对光子场进行编码，这使得能够比使用多量子位寄存器更有效地对各种自旋玻色子模型进行数字模拟。我们的建议的有效性证明了使用现实的分子参数，其先决条件描绘可能的化学方法进行了讨论的数值模拟。
2021-03-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal quantum state identification with qudit-encoded unknown states
我们考虑最佳地识别探测量子点的状态的问题，该探测量子点是以属于有限的可能状态集合的纯状态中的给定先验概率准备的，这些可能状态集合一起跨越量子点被定义在其中的d维希尔伯特空间的D维子空间。假设我们不知道集合中的一些或所有状态，但是对于每个未知状态，我们被给予一个该状态被编码到其中的参考qudit。我们表明，从d=D的最佳状态识别的测量，可以很容易地确定最佳品质因数的qudits与d>D，而无需解决一个新的优化问题。这一结果被应用于两个量子态（d > 2）的最小误差辨识和最优无模糊辨识，其中一个或两个量子态都是未知的，也被应用于N个等概率线性无关的未知纯量子态（d > N）的最优无模糊辨识。在所有情况下，在未知状态上平均的最佳品质因数随着qudits的维数d的增加而增加。
2017-01-26 quant-ph
Optimal purification of a generic n-qudit state
提出了一种利用辅助$n$-Qudit系统纯化$n$-Qudit系统的一般混合态$ρ$的量子算法.该算法是最优的，因为（i）辅助qudits的数量不能减少，（ii）确定纯化状态的参数的数量$|Ψ>$恰好等于$ρ$的自由度的数量，以及（iii）$|Ψ>$容易从密度矩阵$ρ$确定。此外，我们还介绍了一个量子线路，其中量子门是作用在$2n$ -量子系统上的么正变换。这些变换由参数确定，一旦忽略辅助量子点，可以调整这些参数以生成任何给定的混合$n$ -量子点状态。
2009-01-13 quant-ph
Molecular spin qudits to test generalized Bell inequalities
本研究利用Yb(trensal)分子纳米磁体构建qubit-qudit系统，通过优化脉冲序列和含退相干的数值模拟验证其可违反广义贝尔不等式，证明纠缠鲁棒性，并提出分子自旋三聚体的qudit-qudit纠缠研究方案。
2025-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Molecular Spin Qudits for Quantum Algorithms
目前，最雄心勃勃的技术目标之一是开发在量子力学定律下工作的设备。一个突出的目标是量子计算机，它将允许在量子水平上处理信息，即使是最强大的计算机资源也无法实现。量子信息的大规模实现将改变当前技术的游戏规则，因为它将允许前所未有的并行计算和基于量子叠加和纠缠原理的安全加密。目前，有几个物理平台竞相达到量子硬件进入实际量子信息应用领域所需的性能水平。已经提出了几种材料来完成这一任务，范围从量子点、玻色-爱因斯坦凝聚体、自旋杂质、超导电路、分子等等。磁性分子是有前途的构建块的列表中，由于（i）其固有的单分散性，（ii）离散的能级，（iii）化学量子态工程的可能性，以及（iv）其多级特性，导致所谓的Qudits（d > 2），等等。在这里，我们回顾了分子多级核自旋量子位（或量子位，其中d = 4），称为TbPc 2，收集所有必要的要求，以执行作为分子硬件平台与第一代分子设备，甚至量子算法操作。
2017-11-20 quant-ph
Controlled coherent dynamics of [VO(TPP)], a prototype molecular nuclear qudit with an electronic ancilla
我们表明，[VO（TPP）]（四苯基卟啉氧钒）是一个很有前途的系统，适合实现量子计算算法的基础上编码的信息在多层次（qudit）单位。事实上，它嵌入了通过超精细相互作用耦合到核自旋7/2的电子自旋1/2，两者都具有显着的相干性。我们证明了这一点，通过广泛的宽带核磁共振研究，这使我们能够表征核自旋哈密顿量和测量自旋退相时间作为磁场的函数。此外，我们结合有针对性的测量和数值模拟表明，由电子量子比特状态调节的核自旋跃迁可以通过共振射频脉冲单独寻址和相干操纵，这要归功于非常长的相干时间和由强超精细耦合引起的有效四极耦合。这种方法可能为开发新的分子量子比特-量子系统开辟新的前景。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall 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
Dispersive readout of molecular spin qudits
我们研究了一个具有多个（$d > 2$）自旋态的“巨”自旋的磁性分子与超导共振器产生的量子化腔场相互作用的物理过程。通过输入输出形式主义，我们推导出的色散制度的操作中的输出模式的表达式。它包括磁各向异性的影响，这使得不同的自旋跃迁可寻址。我们发现，腔传输的测量允许唯一地确定量子点的自旋状态。我们讨论，从一个有效的哈密顿量的角度来看，条件下的qudit读出是一个非拆除测量，并考虑可能的实验协议来执行it.Finally，我们说明了我们的结果与现有的磁性分子的现实模型进行模拟。
2022-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Optimal quantum repeaters for qubits and qudits
提出了一类量子比特的最佳量子中继器。该方案是最小的，即涉及单个额外的探测量子比特，并且是最优的，即提供最大的信息加上最小量的噪声。信息增益和状态扰动的量化，为我们的计划，饱和的最终约束由量子力学随机分布的信号。特殊类的信号也进行了研究，以提高信息干扰的权衡。扩展到高维信号（qudits）是简单的。
2005-03-07 quant-ph
QSweep: Pulse-Optimal Single-Qudit Synthesis
针对单量子比特酉合成现有方案的缺陷，提出引导式数值合成器QSweep，可生成脉冲最优分解，在速度、脉冲数及门保真度上均显著优于现有方法。
2023-12-15 quant-ph
Optimal qudit overlapping tomography and optimal measurement order
School of Computer Science and Engineering, Sun Yat-sen University（中山大学计算机学院）；Department of Computer Science, City University of Hong Kong（香港城市大学计算机科学系）
本文提出针对qudit系统的最优重叠测角方法，通过构建本地测量设置并优化测量顺序，减少实验开销，提升量子系统表征效率。
2026-01-15 quant-ph
Observation of Cooperative Electronic Quantum Tunneling: Increasing Accessible Nuclear States in a Molecular Qudit
作为两级量子比特（qubit）的扩展，多级系统，所谓的qudits，其中d表示希尔伯特空间维度，已经被预测可以减少量子计算算法中的迭代次数。这已经在众所周知的[TbPc 2]0 SMM中进行了测试，该SMM允许在单个分子单元中实现Grover算法。为了寻找具有更多可接近的核自旋态的分子系统，我们在此通过亚开尔文温度下的单晶μ-SQUID测量探索了二聚体Tb 2-SMM。我们观察到Tb（III）离子之间的铁磁相互作用和电子自旋与自旋基态\textit{J} = { \pm }6的合作量子隧穿。与Tb（III）核自旋的强超精细耦合导致了众多的自旋反转路径，导致七个强超精细驱动的隧穿步骤的磁滞回线。我们的研究结果表明，通过电子自旋的合作隧穿读出Tb（III）核自旋态的可能性，使二聚体Tb 2-SMM一个很好的核自旋量子点的候选者与d =16。
2020-04-20 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Economical Phase-Covariant Cloning of Qudits
我们导出了d维赤道态的最优N到M相位协变量子克隆，其中M=kd+N，k为整数。克隆映射对于全局和单量子点保真度都是最佳的。这张地图是由一台“经济”克隆机完成的，它不需要辅助设备。
2005-01-13 quant-ph
Experimental demonstration of optimal measurement for unambiguously discriminating asymmetric qudit states
Center for Quantum Technology, Korea Institute of Science and Technology (KIST)（韩国科学技术院量子技术中心）；Division of Quantum Information, KIST School, University of Science and Technology（韩中科技大学KIST学院量子信息系）；Department of Applied Physics, Kyung Hee University（庆熙大学应用物理系）
本研究通过光子轨道角动量态实验实现了对不对称四态的最优测量，为高维量子信息处理提供了新的方法。
2026-03-09 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
Optimal control of stimulated Raman adiabatic passage in a superconducting qudit
受激拉曼绝热通道（STIRAP）是一种广泛应用于各种量子系统中实现高保真和鲁棒量子控制的协议。然而，该协议在超导量子比特中的进一步应用受到仅由弱非谐性引起的布居泄漏的限制。在这里，我们介绍了一个最佳控制的捷径到绝热（STA）技术，以加快STIRAP协议在超导量子阱。通过改变STIRAP脉冲的形状，我们在实验上实现了快速（32 ns）和高保真度的量子态转移。此外，我们证明了我们的协议是强大的控制参数扰动。我们的受激拉曼捷径到绝热跃迁为量子信息处理提供了一种有效而实用的方法。
2021-11-22 quant-ph
Dynamics of qudit gates and effects of spectator modes on optimal control pulses
针对高维量子计算中额外旁观模式引发串扰降低量子比特门脉冲有效性的问题，通过模拟cQED系统动力学，给出保真度衰减边界的标度公式，明确了频移需满足的条件。
2024-05-05 cs.ET quant-ph
Information/disturbance trade-off in single and sequential measurements on a qudit signal
我们解决的信息增益和状态扰动之间的权衡在qudit系统上进行的测量，并设计了一类最佳的测量方案，饱和的最终限制由量子力学的估计和传输的可靠性。该方案是最小的，即，它们涉及单个附加探测量子，并且是最优的，即，它们提供与给定干扰水平兼容的最大量的信息。研究了N用户传输线上的最优单用户方案在通过顺序测量提取信息时的性能，并通过显式估计的最优性来分析其最优性。我们发现，无论是单测量推断还是集体测量推断，估计保真度都不依赖于用户的数量，而传输保真度则随着N的增加而减小。由此产生的折衷不再是最佳的，并且随着N的增加而降低。我们发现，最优性可以恢复一个有效的准备的探针状态，并提出明确的计算2用户的情况下。
2006-12-12 quant-ph
Unambiguous discrimination between two unknown qudit states
考虑了在$n$维（$n\geqslant2$）希尔伯特空间中两个未知量子态之间的无歧义区分.通过将未知纯态等价于已知混合态，并利用Jordan基方法，证明了判别两未知态的最佳成功概率与维数$n$无关.我们还给出了一个计划的物理实现的可编程状态的识别，明确区分两个未知的状态与最佳的成功概率。
2011-11-15 quant-ph
Optimal ancilla-free phase-covariant telecloning of qudits via nonmaximally entangled states
研究了无辅助量子点的一对二相位协变遥克隆。我们表明，这两个克隆的保真度可以达到最佳的基于附属细胞的一对二相位共变克隆和遥克隆中的克隆的保真度，即，量子力学的局限性。更有趣的是，它是一个非最大纠缠态，而不是最大纠缠态，可以用来实现这样的远程克隆任务。
2011-09-25 math-ph math.MP quant-ph
A mirrored pair of optimal non-decomposable entanglement witnesses for two qudits does exist
针对双qudit态可分性判定中的纠缠见证结构问题，利用镜像纠缠见证概念，推翻已有猜想，证明存在成对不可分解最优纠缠见证且可推广至高维，揭示了纠缠见证的新结构。
2025-03-06 quant-ph
Entanglement sharing via qudit channels: Nonmaximally entangled states may be necessary for one-shot optimal singlet fraction and negativity
我们考虑的问题，建立纠缠态的最佳单态分数和负性的两个远程双方之间的每一个使用一个嘈杂的量子信道和跟踪保存LOCC的假设下，双方不共享先验相关。我们证明了对于任意有限维$d\geq3$中的量子信道族，只有在适当的非最大纠缠态下，才能获得最佳单态分数和纠缠负性.我们进一步表明，精确计算量子比特通道的单次最佳单态分数的公式的推广在高维中一般不成立。我们的结果的一个后果是，在所有有限维的纠缠态的顺序可能不会保持跟踪下保持LOCC。
2018-03-20 quant-ph
Unitary Transformations using Robust Optimal Control on a Cold Atom Qudit
本文通过最优控制理论调节单一参数，在冷原子qudit上设计并实验实现了多种鲁棒量子酉变换，并展示了其在量子过程层析、状态全局稳定及相对相位信息提取中的应用。
2025-03-11 quant-ph
Almost Optimal Synthesis of Reversible Function in Qudit Model
本文提出了一种在 qudit 模型中高效合成可逆函数的方法，通过 Θ(d) (n - 1)-qudit 子电路实现渐近最优，并利用 O(n d^n) 个门和单个 ancilla 实现渐近紧致的合成。
2025-12-01 quant-ph
Phase-covariant quantum cloning of qudits
本文研究了量子系统的相位协变量子克隆机，即d能级量子系统的输入态具有任意相位的复系数，但模是常数。提出了一种克隆酉变换。在优化了输入态与输出态的单量子点约化密度算符之间的保真度后，得到了1到2相位协变量子点克隆的最佳保真度和相应的克隆变换.
2002-12-03 quant-ph
Blueprint of a Molecular Spin Quantum Processor
针对通用量子处理器的误差难题，提出由分子纳米磁体qudit和超导谐振腔构成的分子自旋量子处理器蓝图，实现通用门与读出，经模拟验证性能优异，证明分子路线的可行性。
2023-05-02 cond-mat.mtrl-sci 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 entanglers using quantum optimal control
本文利用连续Lie代数控制与数字Lie群控制两种量子最优控制方法，在碱土金属原子核自旋编码的qudit中借助Rydberg阻塞效应高效生成高保真纠缠门，并展示了$d=2$到$d=10$范围内的可行性及具体保真度结果。
2023-06-27 physics.atom-ph 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
Efficient Circuits for Exact-Universal Computations with Qudits
本文研究量子点的量子线路的有效实现。我们表明，受控的两个qudit门可以实现没有ancillas和证明的门库包含任意本地幺正和一个两个qudit门，CINC，是准确的普遍。最近的一篇论文（PRL 94 230502）描述了用于量子的量子线路，其需要O（d^n）个用于状态合成的双量子门和O（d^{2n}）个用于酉合成的双量子门，匹配相应的下限复杂度。在这项工作中，我们提出了更详细的状态合成电路，并证明它是正确的。此外，原算法中所需的（n-2）/（d-2）ancillas可以被删除，而不改变渐近性。此外，我们提出了一个新的酉合成算法，启发QR矩阵分解，这也是渐近最优的。
2005-09-22 quant-ph
Asymptotically Optimal Quantum Circuits for d-level Systems
量子比特是一个两能级量子系统，其状态空间由|0>，|1>，所以qudit是一个d能级量子系统，其状态空间由|0>，.，| d-1>。量子计算最近激发了人们对将n量子比特状态空间的幺正演化分解为分量两粒子幺正演化的算法的兴趣。在缺乏对称性的情况下，Shende、Markov和Bullock使用Sard定理证明至少需要C 4^n个两量子比特的幺正演化，而Vartiainen、Moettoenen和Salomaa（VMS）使用QR矩阵分解和格雷码在涉及两粒子演化的最优阶构造中。在这项工作中，我们注意到，萨尔德定理要求C d^{2n}两个量子幺正演化来构造一个通用的（无幺正）n个量子演化。然而，应用于虚拟量子位的VMS结果仅在d是2的幂的情况下恢复最佳阶。我们进一步构造了d-多能级量子逻辑的QR分解，证明了Theta（d^{2n}）两量子门的一个尖锐渐近性，从而解决了所有d-能级系统（d有限）的复杂性问题.不需要格雷码，并且最佳Theta（d^{2n}）渐近也适用于门库，其中两量子相互作用受到某些架构的选择的限制。
2004-11-15 quant-ph
Asymptotically optimal quantum channel reversal for qudit ensembles and multimode Gaussian states
我们研究了任意量子信道C的最优反转问题，该信道C独立地作用于n个相同制备的d维量子系统的系综的每个分量。在大系综的限制下，我们构造了必须应用于输出系综状态的最佳反向通道R*，以检索在输入状态中准备的m个系统的较小系综，具有最高可能速率m/n。通过将问题映射为量子经典连续变量系统上高斯通道的最优反转，得到了问题的解。我们的一般结果可以很容易地应用于改进鲁棒的长距离量子通信的实现。作为一个例子，我们研究了作用于多量子比特寄存器的相位翻转通道的最佳反转率。
2012-08-17 math-ph math.MP physics.data-an
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
Optimal Control of Spin Qudits Subject to Decoherence Using Amplitude-and-Frequency-Constrained Pulses
Universidad de Zaragoza（萨拉戈萨大学）；Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), CSIC-Universidad de Zaragoza（阿拉贡纳米科学与材料研究所（INMA），西班牙国家研究委员会-萨拉戈萨大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Universidad de Valladolid（巴利亚多利德大学）；Institute for Biocomputation and Physics of Complex Systems (BIFI) of the University of Zaragoza（萨拉戈萨大学生物计算与复杂系统物理研究所（BIFI））
本文提出基于利德布拉德方程的量子最优控制方法，通过限制脉冲幅度和频率来提升自旋四态操作的保真度，尤其在退相干时间较短时效果更显著。
2024-09-14 quant-ph
Quantum circuit synthesis with qudit phase gadget method
针对qudit量子系统的算法实现需求，提出适用于NISQ和容错时代的qudit相位gadget方法，可在任意连接架构上渐近最优地综合对角幺正矩阵，大幅降低电路深度并能推广至其他综合问题。
2025-04-17 cs.ET quant-ph
Global phase and minimum time of quantum Fourier transform for qudits represented by quadrupole nuclei
我们证明了量子门的全局相位与其有效哈密顿量的能级的布局之间的关系，所述有效哈密顿量的布局是在最短时间内实现量子门所需的。以自旋为I = 1的四极核为例，给出了量子傅里叶变换门在不同全局相位下的有效哈密顿量和最小实现时间，并利用数值最优控制方法，对I = 1，3/2，2，和5/2。结果表明，在控制时间受限的情况下，梯度算法可以收敛到不同全局相位或同一全局相位下不同最小时间的解.
2013-12-29 quant-ph
Fault-tolerant qubit encoding using a spin-7/2 qudit
针对量子信息技术的纠错难题，提出基于自旋7/2原子核与电子自旋1/2量子比特耦合的量子存储器编码方案，以更少资源实现一阶X/Y/Z纠错，可在现有分子自旋系统中实现并能扩展高阶保护。
2023-05-24 quant-ph
Optimal synthesis of multivalued quantum circuit
虽然多值量子逻辑综合已经有了很多工作，但多值量子线路是否比传统的二值量子线路更有效的问题仍然没有解决。在这篇文章中，我们致力于一般多值量子线路的优化。改进了多值量子Shannon分解（QSD），使所得电路对所有维数d都是渐近最优的。对均匀多重控制$R_y$旋转的综合也进行了优化，使电路进一步简化。研究了多值量子线路复杂度的理论下界，提出了一个衡量多值量子线路综合效率的指标--效率指数.这里给出的qudit电路的算法是一个有效的综合例程，它产生所有维度d的最佳已知结果，并且对于这两种情况，qudit n的数量都很小，并且是渐近的。多值量子线路确实比二值量子线路更有效。事实上，量子电路的复杂性下限的主导因素与量子比特电路相比小了d-1倍，并且渐近效率指数随着维数d的增加而增加，揭示了量子电路相对于一般量子比特电路的潜在优势。用本文给出的算法综合的一般n量子电路和一般二量子电路是比最有效的量子电路更有效的实用电路。
2015-06-14 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
Reinforcement Learning for Robust Calibration of Multi-Qudit Quantum Gates
LyRIDS, ECE Engineering School, OMNES Education（OMNES教育旗下ECE工程学院）；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）；Research Institute for Science and Technology, Tokyo University of Science（东京理科大学科学技术研究院）
本文提出结合最优控制理论与深度强化学习的混合优化框架，用于实现两量子三能级系统的鲁棒受控相门，通过学习结构化残差修正提升设备参数变化下的校准鲁棒性。
2026-09-01 quant-ph
Time-Efficient Qudit Gates through Incremental Pulse Re-seeding
本文提出增量脉冲重播种方法，通过迭代优化为广义d态qudits合成最短控制脉冲，发现Hilbert空间维度与门持续时间呈近线性关系，证明qudit操作比预期更高效，可显著提升当前量子硬件的计算能力。
2024-02-27 quant-ph
Room-temperature optical spin polarization of an electron spin qudit in a vanadyl -- free base porphyrin dimer
该研究在氧钒基–游离碱卟啉二聚体中证明光激发可生成长寿命自旋极化四重态，并在室温下保留51V超精细结构，为分子自旋量子比特和qudit初始化提供新途径。
2024-08-04 physics.chem-ph quant-ph
Speed limits of two-qubit gates with qudits
本研究拓展计算空间至量子比特子空间外，推导了两量子多体实现两量子比特门的速度极限理论边界，提出实验可行的超导transmon方案及机器学习辅助的最优控制算法，为门提速开辟新途径。
2023-12-14 quant-ph
High-fidelity software-defined quantum logic on a superconducting qudit
几乎所有的现代固态量子处理器都是通过一组离散的量子比特操作（门）来实现量子计算的，这些量子比特操作（门）可以通过少数几个原始门来实现通用的量子控制。原则上，这种方法是高度灵活的，允许完全控制量子比特的希尔伯特空间，而不需要为每个应用开发特定的控制协议。然而，量子硬件上当前的错误率对可以连接在一起（具有复合错误率）并保持可行的原始门的数量施加了严格的限制。在这里，我们报告我们的努力，在实现一个软件定义的$0\leftrightarrow2$交换门，不依赖于一个原始的门设置，并实现了平均门保真度的$99.4\%$。我们的工作代表了一种替代的，完全可推广的路线，通过使用最优控制技术实现非平凡的量子控制。我们描述了我们的程序计算最优控制解决方案，校准量子和经典的硬件链，并表征最优控制门的保真度。
2020-10-19 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
Covariant feedback Control of arbitrary qudit state against Depolarizing Noise is impossible
在本文中，我们证明了不可能构造出一个以校正加在未知量子比特上的信道噪声为目标的共变量子反馈控制器。证明是基于寻找最佳的量子控制协议，它证明了不存在更好的% \textit{Complete Positive Trace %Preserving}（CPTP）映射完全的正和协变量子操作，提供了更高的保真度比平凡的身份运营商。并将研究结果推广到两体纠缠纯态。
2008-11-20 quant-ph
Creating highly symmetric qudit heralded entanglement through highly symmetric graphs
本文利用线性量子网络图景将态对称性直接嵌入电路结构，提出生成N体N能级反对称单重态和对称Dicke态的qudit预告纠缠方案，为高维纠缠电路设计提供了系统化图形策略。
2024-04-08 quant-ph
Hybrid Quantum Systems: Coupling Single-Molecule Magnet Qudits with Industrial Silicon Spin Qubits
本研究提出一种混合量子系统，利用工业制造的SiMOS自旋量子比特，通过结合快速绝热通道和自旋选择性隧穿（RPSS）协议，实现了对TbPc2分子系综电子自旋跃迁的高对比度探测，为分子量子存储器与工业量子比特平台的集成奠定了基础。
2025-10-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multiparty-controlled teleportation of an arbitrary m-qudit state with pure entangled quantum channel
利用非最大纠缠态作为量子信道，提出了一种多方控制的任意m量子态（$d$ -维量子系统）隐形传态的一般方案.发送方对2个$m$粒子进行m次广义Bell态测量，控制方对测量基$X_{d}$进行单粒子测量，接收方只要引入一个辅助二能级粒子，与所有控制方合作，就可以与保真度单元概率地提取量子信息。各方都可以利用诱骗光子安全地建立自己的量子信道，从而阻止不诚实的一方自由地窃听。当接收端获得未知m量子态的概率等于量子信道的纠缠度时，该方案是最优的.
2009-05-07 quant-ph
Comparing Qubit and Qudit Encodings for EV Charging and Trip Assignment Problems
Honda Research Institute Europe GmbH（本田欧洲研究院）；LIACS, Universiteit Leiden（莱顿大学计算科学研究所）
本文比较了二进制（量子比特）与整数（量子度）编码在电动汽车调度问题中的优化性能，发现量子度编码在资源需求和运行时间上更优。
2026-05-11 quant-ph
High robustness quantum walk search algorithm with qudit Householder traversing coin, machine learning study
本文研究了利用广义Householder反射和相位乘子构造的量子随机行走搜索算法。硬币寄存器是一个任意尺寸的硬币。蒙特卡罗模拟与监督机器学习相结合，用于找到步行硬币，使量子算法对硬币参数的偏差更具鲁棒性。通过应用深度神经网络，我们可以预测任意大小的最佳硬币的参数，并估计这种硬币的稳定性。
2021-12-02 physics.atom-ph 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
Broadcasting of quantum correlations in qubit-qudit systems
量子力学性质，如纠缠，不和谐和相干性作为各种量子信息处理任务的基本资源。因此，从少数资源中产生更多资源（通常称为广播）是一项极其重要的任务。其中一种广播战略是通过应用克隆机。本文研究了量子资源在$2 \otimes 2$系统之外的广播。特别地，在$2\otimes3$维，一类状态的纠缠广播无用的特点是选择最佳的通用海森堡克隆机。给出了最大纠缠混合态（MEMS）和双参数类态（TPCS）的广播范围，并对协议进行了验证。该方案的一个重要衍生是在$3 \otimes 3$维上产生部分正转置纠缠态和在$2 \otimes 2$维上绝对可分纠缠态。超越纠缠，在$2 \otimes d$维，不可能最佳广播量子关联超越纠缠（QCsbE）（不和谐）和量子相干性（$l_{1}$ -范数）。然而，提供了一些重要的例证来强调QCsbE和相干性的非最佳广播仍然是可能的。
2019-05-02 quant-ph
