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
Quantum computation with charge-and-color permuting twists in qudit color codes
扭曲是晶格中的缺陷，其可用于对编码数据执行计算。扭曲已经在各种类型的拓扑码如量子位和量子位表面码、量子位颜色码和量子位子系统颜色码中被研究。已知它们表现出用于执行编码门的投影非阿贝尔统计。本文研究了奇素数字母表上qudit色码的twists性质。据我们所知，这是第一次研究扭曲的qudit颜色代码。具体来说，我们提出了一个系统的建设扭曲的qudit色码，置换电荷和颜色的激励。我们还提出了广义泡利算子与格中弦之间的映射。利用该结构，我们给出了利用电荷和颜色置换扭曲实现广义Clifford门的协议。
2022-03-01 quant-ph
Multi-frequency control and measurement of a spin-7/2 system encoded in a transmon qudit
本文提出一种多频控制方法，在transmon量子比特中实现自旋-7/2系统的高维旋转与投影，通过多音色读出实现单发测量，结合位移算子与虚拟SNAP门实现任意单量子比特酉操作，保真度达0.989-0.997。
2024-05-24 quant-ph
Alphabet-Dependent Bounds for Pure Quantum $(r,ρ)$-Locally Recoverable Codes
International Institute of Information Technology（印度信息技术国际学院）
本文针对纯量子$(r,ρ)$局部可恢复码，通过Hermitian CSS构造推导了三个字母相关的上界，确立了其渐近层级关系并明确了各界的最严格约束区域，解决了现有与字母无关的界在中小维度时宽松的问题。
2026-09-01 cs.IT math.IT quant-ph
Noise-Directed Adaptive Remapping for Integer Optimization: from qubits to (encoded) qudits
USRA RIACS NASA Quantum AI Laboratory（美国大学研究协会RIACS NASA量子AI实验室）
将噪声导向自适应重映射（NDAR）推广到离散整数域优化问题，分析不同编码下的可行性条件，并展示编码选择对噪声诱导动力学的影响。
2026-08-04 quant-ph
Large Alphabet Set Time-bin Encoded Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
通过多时间箱编码增加字母集大小，提高测量设备无关量子密钥分发的安全密钥率，实验实现了2.63-3倍提升。
2026-05-31 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
Spatially encoded light for Large-alphabet Quantum Key Distribution
大多数量子密钥分发协议使用二维基础，例如由Bennett和Bennard在1984年首次提出的HV极化。因此，这些协议限于每个光子1比特的密钥生成密度。我们通过在所用光子的横向空间位移中编码信息来增加这种密钥密度。采用这种高维希尔伯特空间与现代单光子探测相机，我们演示了一个原理证明大字母表量子密钥分发实验与1024个符号和7位每个光子的发送者和接收者之间的共享信息。
2019-02-01 quant-ph
Experimental simulation of decoherence in photonics qudits
我们在实验上进行了单量子系统的开放量子动力学模拟。使用空间光调制器作为耗散光学器件，我们实现耗散动力学映射到量子比特编码的自发参量下转换光子对的横向动量。我们展示了一种控制良好的技术来制备纠缠量子态以及实施耗散局部测量;后者实现了两个特定的动力学：退相和振幅阻尼。我们的工作代表了一个新的模拟开放量子系统的模拟动力学实验。
2015-11-07 quant-ph
Demonstrating experimentally the encoding and dynamics of an error-correctable logical qubit on a hyperfine-coupled nuclear spin qudit
本研究利用电子–核双共振在超精细耦合的 I=3/2 核自旋 qudit 上编码可纠错逻辑量子比特，并通过受控磁场涨落与自然退相干实验验证其容错量子存储潜力。
2025-01-09 quant-ph
Measurement strategy for spatially encoded photonic qubits
我们提出了一种测量策略，它可以，概率，再现空间编码的光子量子比特的任何可观察的统计。它包括两个结果的积极运营商价值的措施，然后在一个固定的横向位置检测的实施，使检测系统的位移不必要的，不像以前的方法。这一策略推广了我们和同事最近证明的一个方案，仅限于测量赤道特征向量的观测量。这里提出的方法可以与当前的可编程多像素液晶显示器的技术来实现。此外，它可以直接扩展到高维量子比特，并可能是一个有价值的工具，在光学实现的量子信息协议的空间量子比特和量子比特。
2010-11-15 quant-ph
Quantum repeaters based on stationary and flying Gottesman-Kitaev-Preskill qudits
本研究提出结合飞行与定域量子比特量子纠错的量子中继器方案，采用GKP码实现qudit编码纠错，找到中间参数区间使组合协议性能优于单独的编码式单向、双向中继方案。
2025-08-01 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
Deterministic unitary operations on time-bin qudits for quantum communication
我们第一次展示了如何使用当前技术可用的纤维光学组件来实现在单光子脉冲中编码的时间仓量子比特上的确定性酉操作。我们还将这一结果推广到时间仓qudits，即$d$级系统上的操作，并表明这可以有效地使用2 $\times$ 2分束器和相位调制器来完成。强调了实验量子通信的重要好处。这项工作展示了如何弥合目前的原理证明演示和完整的确定性实验之间的差距。
2006-08-23 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
Parallelism for Quantum Computation with Qudits
利用d能级量子系统（qudits）进行稳健的量子计算需要两个条件：快速并行的量子门和高保真度的双量子门。我们首先描述如何实现并行的单qudit操作。现在众所周知，任何单量子点幺正都可以分解为量子点状态空间的二维子空间上的一系列吉文斯旋转。使用耦合图来表示物理上允许的量子态对之间的耦合，然后我们表明，并行门序列的逻辑深度等于相关树的高度。然后，给定酉的实现可以优化门时间和所使用的资源之间的权衡。这些想法说明量子点编码的原子碱$^{87}$ Rb和$^{133}$ Cs的超精细基态。其次，我们提供了一个协议，实现并行化的非本地的两个量子门使用纠缠量子比特对的援助。由于纠缠量子位可以非确定性地制备，这提供了高保真双量子门的可能性。
2006-03-09 quant-ph
High-rate field demonstration of large-alphabet quantum key distribution
量子密钥分发（QKD）利用光的量子特性来共享可证明安全的密钥，从而允许在存在窃听者的情况下进行安全通信。第一个QKD方案使用以两种状态编码的光子，例如偏振。最近，大字母表量子密钥分配方案已成为研究热点，该方案将光子编码到高维基态。与二进制编码的QKD相比，大字母表方案可以为每个检测到的光子编码更多安全信息，提高安全通信速率，并提高对噪声和丢失的弹性。高维编码还可以提高其他量子信息处理任务的效率，例如执行贝尔测试和实现量子门。在这里，我们展示了一个大字母表量子密钥分配协议的基础上，高维时间编码。我们实现了创纪录的密钥速率，并进行了大字母表量子密钥分配的第一个现场演示。这证明了一种新的，实用的方法来优化密钥速率，并标志着在部署的网络中传输高维量子态的重要一步。
2016-11-03 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
Probabilistic coding of quantum states
我们讨论了两个量子比特到一个量子比特的概率编码的性质，并将该方案推广到更高的维度。我们表明，该协议消除了要编码的量子比特和环境之间的纠缠，也可以应用于混合态。我们提出的协议，使编码的n qudits的一个qudits的维度小于原始系统的希尔伯特空间，然后概率，但无错误解码的任何子集的k qudits。我们给出了一个公式的成功解码的概率。
2006-03-27 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
Capacity Approaching Coding for Low Noise Interactive Quantum Communication, Part I: Large Alphabets
我们考虑在噪声信道上实现两方交互式量子通信的问题，如果我们希望充分获得通信的量子优势，这是一个必要的努力。对于一个任意协议的$n$消息，设计了一个无噪声qudit信道的$\mathrm{poly}(n)$大小的字母表，我们的主要结果是一个模拟方法，失败的概率小于$2^{-Θ(nε)}$，并使用qudit信道在相同的字母表$n\left(1+Θ\left(\sqrtε\right)\right)$倍，其中的一个$ε$分数可以被破坏adversarially。因此，模拟的能力达到领先的顺序，我们推测，它是最佳的$\sqrtε$长期的常数因子。此外，仿真是在一个模型中，不需要预先共享的资源，如通信双方之间的随机性或纠缠。我们的工作改进了以前已知的最好的量子结果，其中开销是非显式的大常数[Escherard等人，FOCS'14]用于低$ε$。
2020-01-09 cs.CC cs.DS cs.IT
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
Demonstration of magic state power of $\mathbf{D}(\mathbf{S}_{3})$ anyons with two qudits
University of Leeds（利兹大学）
提出一种仅用创建和测量anyons算子实现$\mathbf{D}(\mathbf{S}_3)$非阿贝尔anyons braiding与fusion演化的最小协议，证明其能生成magic states实现通用量子计算，且方案可编码于两个qudits中，紧凑可扩展。
2025-11-05 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
1/2+1/2>1 for quantum error correction
利用纠缠辅助的量子纠错技术可以使编码后的量子比特通过量子信道进行传输，其中一些量子信道是无噪声的。在这里，我们考虑一个更现实的实验方案，我们称之为部分噪声量子信道，其中，而不是完全没有噪声，只有一部分量子没有噪声。在这种情况下，我们通过一个明确的例子表明，两个半噪声通道比一个无噪声通道工作得更好，这是一种奇怪的现象，显示1/2+1/2>1。我们的例子也饱和了一个统一的量子单例界，对标准和纠缠辅助码也有效。此外，如具有半噪声信道的混合字母码所示，更高维度的物理量子可以改善部分噪声信道的性能，甚至优于无噪声信道。
2012-08-31 quant-ph
Qudit stabiliser codes for $\mathbb{Z}_N$ lattice gauge theories with matter
University of Trento（特伦托大学）；INFN-TIFPA Trento Institute of Fundamental Physics and Applications（INFN-TIFPA 特伦托基础物理与应用研究所）；University of Toronto（多伦多大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
本文通过量子比特稳定码将$\mathbb{Z}_N$晶格规范理论与物质耦合，揭示了误差校正本身的逻辑对偶性，并展示了如何通过状态注入实现通用容错逻辑门。
2026-02-24 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
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
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
Continuous dynamical decoupling of optical $^{171}$Yb$^{+}$ qudits with radiofrequency fields
针对多能级量子载体（qudit）相干时间短的问题，提出并实验验证两种利用射频场对囚禁光学$^{171}$Yb$^{+}$离子编码的磁敏态qudit进行连续动力学解耦的方法，无磁屏蔽下将相干时间提升一个数量级（超9ms），推动囚禁离子qudit算法实现。
2023-05-10 quant-ph
Qudit-Teleportation for photons with linear optics
量子隐形传态是一种将一个量子系统的状态转移到另一个量子系统而两个系统之间没有直接相互作用的方法，是传输以量子态编码的信息和在远程量子系统之间产生量子关联（纠缠）的重要途径。到目前为止，对于光子来说，只有两个可区分状态（一个“量子比特”）的叠加才能被传送。在这里，我们展示了如何使用$d$分束器和$d$附加纠缠光子来传送“量子点”，即在单个光子的轨道角动量中存在的任意数量$d$的可区分状态的叠加。同样的纠缠资源也可以被用来集体传送$d/2$光子的状态，代价是每个量子比特一个额外的纠缠光子。这优于现有的光子量子比特方案，后者需要每个量子比特额外的一对纠缠光子。
2014-04-08 quant-ph
Ancilla-free implementation of generalized measurements for qubits embedded in a qudit space
信息完全（IC）正算符值测量（POVM）是广义量子测量，它比标准计算基读出量子比特具有优势。例如，IC-POVM可以有效地提取算子期望值，这是许多量子算法中的关键步骤。POVM测量通常通过将一个附加的辅助量子比特耦合到每个逻辑量子比特来实现，因此对设备尺寸和连接性提出了很高的要求。在这里，我们展示了如何在没有辅助量子位的情况下实现一类通用的IC-POVM。我们利用量子比特经常被编码的量子点的高维希尔伯特空间。然后，POVM可以通过将每个量子位耦合到两个可用的量子态来实现，然后进行投影测量。我们开发了所需的控制脉冲序列，并通过脉冲级模拟建立了它们对超导transmon量子比特的可行性。最后，我们提出了一个量子空间POVM测量IBM量子硬件上的实验演示。这为使POVM测量广泛用于量子计算应用铺平了道路。
2022-03-14 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
Self-guided tomography of time-frequency qudits
本文提出利用多输出量子脉冲门实现时间-频率高维量子态的自导引层析，无需校准或后处理即可对3维和5维态达到超过99%的保真度，并验证了其在光子匮乏及噪声环境下的鲁棒性。
2024-11-28 quant-ph
Photon losses depending on polarization mixedness
我们引入了一个量子信道来描述光子的损失依赖于偏振混合度。这可以看作是一个离散和连续自由度之间存在相关误差的量子信道模型。我们考虑经典信息的连续字母编码弱相干态，以及经典信息的离散字母编码单光子使用双轨表示。在这两种情况下，我们研究的一次性容量的信道和其行为的损失和极化混合之间的相关性。
2009-06-30 quant-ph
Bichromatic Tweezers for Qudit Quantum Computing in ${}^{87}$Sr
JILA, National Institute of Standards and Technology and University of Colorado（美国国家标准与技术研究院量子物理联合研究所，科罗拉多大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of New Mexico（新墨西哥大学）
本文提出利用双色镊子工程化实现四态量子计算的魔陷阱条件，通过抑制不同磁子能级的光移，提升四态相干性，增强冷却效率与核自旋相干时间。
2026-05-06 physics.atom-ph 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
Parallelized projective measurements for spatial photonic qudits estimation
提出一种仅需d+1种实验设置即可重建任意d维光子横向动量量子态的层析方法，通过空间复用投影测量，在d=6时以7种设置实现保真度高于0.97的实验验证。
2025-06-18 quant-ph
Simple Construction of Qudit Floquet Codes on a Family of Lattices
本文提出一种通用且简单的 qudit Floquet 码构造，适用于三可着色晶格上的一大类配置，并使逻辑 qudit 与物理 qudit 的编码速率趋近 1/2。
2025-01-09 quant-ph
Highly efficient storage of 25-dimensional photonic qudit in a cold-atom-based quantum memory
在高维希尔伯特空间中构建有效的量子存储器是建立高维量子中继器的基本要求之一，它提供了许多优于二维量子系统的优点，例如更大的信息容量和增强的噪声弹性。迄今为止，还没有关于如何实现高效的高维量子存储器的报道。在这里，我们通过实验实现了一种量子存储器，它可以在高达25维的希尔伯特空间中运行，存储效率接近60%。所提出的方法利用了原子和光子之间的空间模式无关的相互作用，光子被编码在横向尺寸不变的轨道角动量模式。特别是，我们的存储器具有均匀的存储效率和低串扰干扰的25个单独的空间模式的光子，从而允许存储任意量子态编程从25个本征态的高维希尔伯特空间内，并最终有助于存储的25维量子态。这些结果对于实现长距离高维量子网络和量子信息处理具有重要的应用前景。
2023-01-03 quant-ph
Quantum Encodings in Spin Systems and Harmonic Oscillators
我们表明，更高维版本的量子位，或qudits，可以编码到自旋系统和谐振子，量子计算产生重要的优势。虽然基于量子位的量子计算足以分析量子与经典计算，但在实践中，量子位通常在高维系统中通过截断除两个级别之外的所有级别来实现，从而减少宝贵的希尔伯特空间的大小。我们为通用量子计算开发自然量子门，并利用整个可访问的希尔伯特空间。在数学上，我们给出了广义泡利群在耦合自旋系统和谐振子中的量子比特的表示，并包括量子比特和无限维极限的分析。
2002-05-06 quant-ph
Almost qudits in the prepare-and-measure scenario
本文提出制备-测量场景下的近qudit概念，揭示高维分量对半设备无关协议的影响，给出基于半定松弛的关联界定方法以解决相关问题，并为维度测试提供新途径，还确定了近qubit系统下随机访问码的最优量子协议。
2024-03-07 quant-ph
Classification of informative subsets in quantum encrypted cloning on qudits
Shijiazhuang Tiedao University（石家庄铁道大学）；Shaanxi Normal University（陕西师范大学）
本文研究了量子加密克隆中信息子集的分类，通过分析授权与非授权子集的信息泄露特性，揭示了不同维度下的保密边界。
2026-05-12 quant-ph
Proposal for Automated Operations for Single-Photon Multipath Qudits
我们提出了一种方法，用于实现自动状态转换的单光子多路径量子比特编码在一维横向空间域。它依赖于通过应用具有衍射光栅的空间相位调制将编码从该域转移到正交域，将所有初始传播路径与稳定的干涉测量网络合并，并过滤掉不需要的衍射级。通过利用可编程的纯相位空间光调制器（SLM）来实现自动化特征，其中在其屏幕上显示的适当设计的衍射光栅将实现期望的变换，包括投影、排列和随机操作等。我们讨论的过程中，在一般情况下，固有的非酉的损失。变换的一些例子，并考虑到一个现实的情况下，我们分析它们将如何受到SLM屏幕的像素化结构的影响。这里提出的方法使人们能够实现更一般的多路径qudits的转换比它是可能的SLM单独操作的对角线基础上的路径状态。因此，它将扩展这种编码在高维量子信息和计算协议以及量子理论基础研究中的适用范围。
2017-03-31 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
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
Entanglement transfer, accumulation and retrieval via quantum-walk-based qubit-qudit dynamics
高维系统中量子关联的产生和控制是当前量子技术领域的一个重大挑战。实现这种非经典的高维资源将有可能为量子密码学，通信和计算提供增强的能力。我们提出了一个协议，能够获得$d$维系统的纠缠态，通过量子行走为基础的{ \it转移\&积累}机制，涉及硬币和步行自由度。选择研究量子漫步是出于它们的通用性和多功能性，并辅之以它们在几个物理系统中的成功实现。因此，考虑到量子漫步在量子信息中的交叉作用，我们的协议可能代表了一个通用的通用工具，以控制在各种实验平台上的高维纠缠产生。特别是，我们说明了一种可能的光子实现，其中的信息被编码在单光子的轨道角动量和偏振自由度。
2020-10-14 quant-ph
Quantum Information Processing by Weaving Quantum Talbot Carpets
单光子干涉由于通过周期性光栅被认为是在一个新的建议处理D维量子系统（quDits）编码的空间自由度的光。我们表明，自由空间传播自然实现基本的单quDit门通过塔尔博特效应：一个复杂的时空地毯的光在近场衍射制度。添加一个对角相位门，我们表明，一套完整的单quDit门可以实现。然后，我们引入了一个空间依赖的分束器，允许实现两个量子点之间的受控操作。一种新形式的通用量子信息处理可以用线性光学和辅助光子来实现。虽然我们考虑的是光子，但我们的方案应该可以直接应用于许多其他的物理系统。将塔尔博特效应解释为量子逻辑运算提供了一种美丽而有趣的方式，通过波的传播和干涉来可视化量子计算。
2014-12-08 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
Simulating 2D lattice gauge theories on a qudit quantum computer
该研究利用囚禁离子 qudit 量子处理器模拟二维晶格量子电动力学，通过变分量子本征求解器找到基态并观察虚粒子对与磁场效应，显著降低资源需求，推动硬件高效量子模拟。
2024-10-24 quant-ph
Teleporting photonic qudits using multimode quantum scissors
隐形传态在量子网络节点之间的量子信息通信中起着重要的作用，被认为是长距离量子密码的重要组成部分。我们描述了一种方法，通过基于转录的$d$附加光子的帮助，在多个$d$光模式的叠加（“qudit”）中传送光子携带的量子信息。被编码为$d$光模式（在我们的情况下，携带轨道角动量的拉盖尔-高斯模式）的单次激发的量子比特被转录为空间分离的$d$单轨光子量子比特。每个单轨量子比特由真空和每个模式中的单个光子的叠加组成。在通过“量子剪刀”成功地传送每个$d$单轨量子比特之后，它们被转换回由单个光子携带的量子比特，从而完成传送方案。
2013-12-31 physics.optics quant-ph
Quantum communication with $SU(2)$ invariant separable $2\times N$ level systems
信息以布洛赫矢量的形式编码在量子位中。在本文中，我们提出了一个协议的信息在一个已知的和一个未知的量子比特到量子比特使用$SU(2)$不变的$\frac{1}{2}\otimes S$不协调状态作为一个通道的远程传输。这些状态已被确定为两个量子比特纠缠维尔纳态的可分离等价物[Bharath & Ravishankar，Phys. Rev. A 89，062110]。由于这些状态的$SU(2) \times SU(2)$不变性，可以通过对量子位执行适当的测量来改变远程量子位。我们还提出了一个协议，用于传输信息的一个未知的qudit到一个远程qudit使用$\frac{1}{2}\otimes S$状态作为一个通道。最后，我们提出了一个从$\frac{1}{2}\otimes S$ -系统到$S\otimes S$ -系统的量子不和谐交换协议。本文提出的所有协议都涉及可分离态作为量子信道。采用这些协议，我们相信，量子信息处理可以使用高度混合的可分离的高维状态。
2021-11-26 quant-ph
A Computation-Enhanced High-Dimensional Quantum Gate for Silicon-Vacancy Spins
本文提出一种面向四个硅空位自旋的 2-qudit 4×4 维 CNOT 门，利用辅助光子和单侧光学纳米腔耦合，并通过依赖探测结果的前馈操作实现确定性高维量子逻辑。
2024-09-18 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
