Transmitting qudits through larger quantum channels
Grigory G. Amosov, Stefano Mancini, Vladimir I. Man'ko
我们解决的问题属于有限维希尔伯特空间的状态通过一个量子信道与一个更大的（甚至无限维）希尔伯特空间。
We address the problem of transmitting states belonging to finite dimensional Hilbert space through a quantum channel associated with a larger (even infinite dimensional) Hilbert space.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Teleporting an unknown qutrit state via a 2-qudit entangled channel
本文提出了一种利用2-量子态纠缠态作为量子信道来传输单个三能级态的量子teleportation方案，通过系统性地构造测量基，设计集体单元变换，实现高维纠缠通道下的qutrit teleportation。
Emulating two qubits with a four-level transmon qudit for variational quantum algorithms
本研究使用4能级超导transmon qudit实现双量子比特模拟器以用于变分量子算法，通过误差缓解技术降低读出误分类和幅度阻尼影响，最终预测能量达到化学精度，证明qudit是量子比特的实用替代方案。
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。
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。
Simulation of vibrational dynamics using qubits and qudits
本文通过两种量子比特编码和一种量子泛比特编码构建振动哈密顿量，研究CO₂和H₂O的振动动力学量子计算，发现量子泛比特编码在噪声影响下能更准确地模拟振动人口转移。
A short review on qudit quantum machine learning
本文综述了qudit（多能级量子系统）在量子机器学习中的应用，重点分析其通过更大希尔伯特空间减少电路深度和参数数量的优势，并讨论了软件生态与面临的挑战。
A Review of Galois Qudits
本文综述了伽罗华四维量子系统，探讨了其与模运算四维量子系统的区别，以及如何利用更大的四维量子系统数学工具来构建更小的四维量子系统，重点介绍了伽罗华四维量子系统在构造具有有用性质的量子纠错码中的应用。
High-Rate Concatenated Quantum Error-Correcting Codes for Qudits
本研究将多超立方体（MHC）码扩展至素数维度量子位元，构造了二、三级MHC码并推广逐级最小距离译码器，发现其错误阈值随维度提升，q=13时达10.0%，性能优于量子比特，为高维FTQC架构提供支撑。
Separability and entanglement of n-qubits and a qubit with a qudit using Hilbert-Schmidt decompositions
Hilbert-Schmidt（HS）分解用于分析n量子位系统以及具有量子位的量子位系统。负的本征值，通过部分转置（PT）加局部酉变换（PTU）从整个系统的一个量子比特获得，用于指示不可分离性。给出了n量子比特和量子比特-量子比特系统完全可分性的一个充分判据。我们使用奇异值分解（SVD）来改进完全可分性准则。分析了一个量子比特系统和一个量子比特系统以及n个量子比特系统的纠缠和可分性的一般性质，重点是最大无序子系统（MDS）（即，密度矩阵ρ（MDS），对于该矩阵，在任何子系统上的追踪给出单位密度矩阵）。rho（MDS）不可分的一个充分条件是：对于一个量子比特和一个量子比特，rho（MDS）的本征值大于1/d，对于n个量子比特系统，rho（MDS）的本征值大于1/2^（n-1）。PTU变换对于奇数n不改变n量子比特MDS密度矩阵的特征值。因此，Peres-Horodecki准则没有给出任何关于这些密度矩阵的纠缠的信息，但是这个准则对于指示偶数n的不可分离性是有用的。利用所提出的方法分析了GHZ态、Braid纠缠态和W态与白噪声混合后纠缠和可分性的变化。分析了由概率为p（i）的8个GHZ密度矩阵混合而成的GHZ-对角密度矩阵的纠缠和可分性随这些概率的变化。在某些情况下，我们证明了Peres-Horodecki准则是充分和必要的。
Review on qudits production and their application to Quantum Communication and Studies on Local Realism
在高维希尔伯特空间（其逻辑基态被称为量子比特，类似于二维量子比特）中的编码为量子信息应用和量子力学基础的研究提供了各种优势。本文介绍量子力学的基本概念，综述量子力学在量子通信和局域实在论研究中的应用，并介绍近年来实现量子力学的一些实验。更多细节：在一个简短的介绍之后，我们将考虑用qudits测试局域实在论的优点，讨论3-4维的情况（最大和非最大纠缠），然后扩展到任意维。然后，我们将讨论量子通信中使用qudits的理论结果，概括了量子密钥分发协议中更大安全性的结果（再次单独考虑qudits，ququatats和推广到任意维）。最后，我们将介绍到目前为止所进行的实验，以生产量子光学qudits和它们的应用。特别是，我们将提到基于干涉设置，轨道角动量纠缠和双光子偏振的计划。最后，我们将总结什么是超纠缠及其应用。
Closing the detection loophole in Bell experiments using qudits
我们表明，封闭贝尔测试中的检测漏洞所需的检测效率可以显着降低使用尺寸大于2的量子系统。我们介绍了一系列的非对称贝尔测试的效率任意接近1/N可以容忍使用N维系统，和对称贝尔测试的效率可以降低到61.8%，使用四维系统。考虑到原子-光子纠缠和光子超纠缠的最新进展，我们的方案的实验前景看起来很有希望。
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。
Time-efficient implementation of quantum search with qudits
我们提出了一个更简单，更有效的计划，实现多值Grover的量子搜索。多值搜索通过用qudits -$d$离散态的量子系统来代替qubit来推广原始Grover搜索。qudit数据库比qubit数据库大得多，因此需要控制的粒子更少。Hadamard门是Grover搜索的量子比特实现中的关键基本门，它被一个$d$维（复值）酉矩阵$F$取代，唯一的条件是有一列等模元素，而不管它们的相位如何;它可以通过任何物理相互作用来实现，从而实现等重叠加态。这种变换的一个例子是$d$维离散傅立叶变换，在早期的建议中使用;然而，它的构造比简单得多的矩阵$F$的构造成本高得多。我们目前的例子，这样的转换$F$可以构建在现实的量子系统中的\emph{single}互动步骤。
Recursive Quantum Qudit Convolutional Codes Need Not be Catastrophic
经典的turbo码有效地接近香农极限，因此将这些带到量子场景中将允许快速传输量子信息。在定义量子模拟的早期工作中，人们发现一个高效的递归子程序（量子卷积码）总是灾难性的。这一结果可能阻碍了对这种编码方案的进一步研究。在本文中，我们证明了这个先前证明的不可行定理不再总是正确的，如果我们将编码方案扩展到维度大于2的qudit空间。这消除了量子Turbo码发展的障碍，并有望刺激这一领域的进一步研究。
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。
Quantum Error-Correcting Codes for Qudit Amplitude Damping
传统的量子纠错码是针对去极化信道设计的，信道模型是等概率发生广义泡利误差。振幅阻尼通道一般用来模拟零温下多能级原子的衰变过程或玻色子系统的能量耗散。我们讨论了适用于高维系统（qudits）的振幅阻尼信道的量子纠错码。对于多能级原子，我们考虑一种自然的衰减过程;对于玻色子系统，我们考虑通过截断玻色子模的Fock基到某个最大占据数而得到的量子点振幅阻尼通道.我们构建家庭的单错误纠正量子码，可用于这两种情况。我们的代码有更大的代码尺寸比以前已知的相同长度的单纠错码。此外，我们提出了家庭的多纠错码，这两个渠道，以及我们的建设技术的推广到纠错码的quutrit $V$和$Λ$渠道。
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。
Neuromorphic computing with a single qudit
利用量子资源加速计算任务是一个广泛追求的目标，目前受到与多体量子系统的高保真控制相关的挑战的限制。水库计算的范例提出了一个有吸引力的替代方案，特别是在嘈杂的中间尺度量子时代，因为不需要控制内部系统状态和动态知识。相反，通过大型状态空间的复杂的、无监督的内部轨迹被用作计算资源。量子系统为水库计算提供了一个独特的场所，因为存在类似经典系统中不可用的相互作用，以及随着物理系统大小呈指数增长的计算空间的潜力。在这里，我们考虑一个水库组成的一个单一的qudit（$d$维量子系统）。我们证明了一个强大的性能优势相比，一个类似的经典系统伴随着一个明确的改善与希尔伯特空间维度的两个基准任务：信号处理和短期记忆能力。Qudit水库直接由当前时代的量子硬件实现，提供即时的实际实施，并在更大的系统中提高性能的前景看好。
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。
A hybrid quantum repeater for qudits
我们提出了一个“混合量子中继器”协议，用于远距离分配原子纠缠态。在我们的方案中，两个量子点的不完美噪声纠缠对，即，两个离散变量$d$级系统最初在信道的中间站之间共享，每个系统原则上具有任意维度$d$。这是通过局部的，足够强的光-物质相互作用来实现的，涉及光学相干态及其在这些相互作用之后的传输，以及对传输场模式的光学测量，尤其（但不限于）有效的连续可变零差检测（“混合动力”）这里指的是同时利用离散和连续的可变自由度来进行纠缠态的本地处理和存储，以及它们的非本地分布）。对于qutrits，我们量化的光物质纠缠，可以有效地通过一个基本的有损信道共享，并为中继器的间距高达10公里，我们表明，现实的（有损）qutrit纠缠甚至大于任何理想的（无损）量子比特纠缠。包括量子纠缠纯化和交换程序后，我们计算的长距离纠缠对分布率和最终的纠缠态的最大通信距离为1280公里。经过三轮净化，接近单位保真度的纠缠量子点对可以以原则上100 Hz的速率分布在1280 km以上。
Qudit Machine Learning
本研究探究qudit系统的分类学习能力，结合数据重上传等技术在低维量子系统上取得优于经典模型的表现，高维数据下小型量子系统则易成瓶颈降低准确率。
Asymptotically Improved Circuit for $d$-ary Grover's Algorithm with Advanced Decomposition of $n$-qudit Toffoli Gate
最近，建造量子计算机来执行量子算法的进展非常显著。Grover在二进制量子系统中的搜索算法比经典范式提供了相当大的速度提升。此外，Grover的算法可以扩展到$d$ -ary（qudit）量子系统，以利用更大的状态空间的优势，这有助于减少算法的运行时间相比，传统的二进制量子系统。在量子系统中，$n$ -量子Toffoli门对Grover算法的精确实现起着重要的作用.本文用高维量子数实现了一种广义的$n$ -量子数Toffoli门，在没有辅助量子数的情况下实现了对数深度分解。然后，针对任何$d$元量子系统（其中$d \ge 2$）设计了Grover算法的电路，并使用提出的$n$ -qudit Toffoli门来获得与早期方法相比优化的深度。用于分解$n$ -量子Toffoli门的技术需要访问两个立即更高的能级，使得设计容易出错。尽管如此，我们表明，错误的概率的百分比下降是显着的，因为我们已经减少了门数和电路深度相比，在国家的最先进的作品。
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。
Discrete-time Quantum Walks in Qudit Systems
本文提出 qudit 系统中的一维及多维离散时间量子行走，给出位置空间到多 qudit 态的逻辑映射与高效可扩展量子电路，并验证其相对二进制系统的运行时间优势。
Point-ahead demonstration of a transmitting antenna for satellite quantum communication
低发散光束是高效率长距离光链路的必要先决条件，特别是对于基于卫星的量子通信。由卫星运动引起的前点角总是比信号光束的发散角大几倍。我们设计了一种新颖的具有指向功能的发射天线，并提供了一种易于执行的校准方法，其精度优于0.2 urad。随后，我们的天线建立了到量子卫星Micius的上行链路，在500- 1，400公里的距离上链路损耗为41-52 dB。结果清楚地证实了我们模型的有效性，并提供了进行量子通信的能力。该方法适用于各种移动平台间的自由空间光通信系统。
Extending the Computational Reach of a Superconducting Qutrit Processor
本文针对qudit量子计算中噪声复杂、扩展困难的问题，提出定制和缓解任意Markovian噪声的技术，并在超导qutrit处理器上首次实验验证，使纠缠和随机电路采样性能提升达3倍。
Distillation of continuous variable qudits from single photon sources: A cascaded approach
本文提出了一种利用单光子源和探测器的级联方法，实现高保真度的连续变量qudits态生成，包括高光子态、猫态和GKP资源态。
Broad-band spectroscopy of a vanadyl porphyrin: a model electronuclear spin qudit
我们探索如何在钒卟啉分子中编码超过一个量子位，该分子具有电子自旋1/2耦合到核自旋7/2。的自旋哈密顿量和它的参数，以及自旋动力学，已确定通过组合的电子顺磁共振，热容，磁化强度和片上磁谱实验上进行单晶。我们发现低温自旋相干时间微秒和自旋弛豫时间长于一秒。对于足够强的磁场（B大于0.1 T，对应于9至10 GHz的共振频率），这些性质使氧钒卟啉分子成为合适的量子位实现。多个等间距核自旋能级的存在则仅仅提供8种选择来定义0和1基态。对于较低的磁场（低于0.1 T），和较低的频率（小于2 GHz），我们发现一个相当大的电子纠缠的光谱签名。这种效应在不同的电子自旋态之间产生了一组更大的允许跃迁，并消除了它们的简并。在这些条件下，我们证明了每个分子都满足充当通用4量子比特处理器的条件，或者等效地，作为d = 16量子比特。这些发现拓宽了能够实现非平凡量子功能的化学设计系统的目录，例如量子模拟，特别是在分子水平上的量子纠错。
Quantum-Inspired Optimization through Qudit-Based Imaginary Time Evolution
本文提出了一种基于量子态的虚时间演化方法，用于解决具有整数决策变量的组合优化问题，通过自适应选择Hermitian算子提升算法收敛性，并在带约束的Min-d-Cut问题中优于Gurobi。
Information transfer along the causal lightcone of a brickwork quantum circuit
通过分析砖墙量子电路因果光锥上局部子系统的量子信道，揭示了无损信息传输与信道外围特征值的关系，并构造了即使非可积热化动力学也能实现任意大小系统无损传输的例子。
Calculation of quantum discord for qubit-qudit or N qubits
量子不和谐是量子关联的一种，定义为二体系统中量子互信息与经典关联之间的差异。到目前为止，它已经讨论了只有几个独立参数的小系统。我们在这里扩展到一个更广泛的状态类别，当第二方是任意维d时，只要第一方是量子比特。我们提出了两个公式来计算量子不和谐，第一个涉及到原来的熵的定义和第二个最近提出的几何距离测量，导致一个分析公式。熵计算中对量子比特的追踪被简化为一个非常简单的公式。并且，当d维系统是所谓的X状态时，密度矩阵仅沿对角线和反对角线具有非零元素，从而在视觉上看起来像字母X，可以解析地执行熵计算。完全二分量子位-量子点系统的这种状态可以被命名为“扩展X状态”，其密度矩阵由四个块矩阵构建，每个块矩阵在视觉上表现为X。熵计算中涉及的优化通常是在两个参数上，在许多情况下减少到一个参数，并且完全避免了如我们的数值研究所示的一个压倒性的大的密度矩阵集合。我们的结果也适用于N量子比特系统的状态，其中“扩展的X状态”由（2^（N+2）- 1）个状态组成，在数量上大于N量子比特的X状态的（2^（N+1）- 1）个。虽然这些仍然小于N个量子比特的状态总数（2^（2N）- 1），但涉及的参数数量仍然很大。在N = 2的情况下，它们包含整个15维参数空间，也就是说，N = 2的扩展X状态表示完整的量子比特-量子比特系统。
Experimental realization of universal high-dimensional quantum gates with ultra-high fidelity and efficiency
本文在四维光学qudit的偏振-空间自由度上实验实现了通用高维量子门及受控门，保真度达99.73%、效率达99.47%，为大规模高维容错量子计算奠定基础。
Hybrid controlled-SUM gate with one superconducting qutrit and one cat-state qutrit and application in hybrid entangled state preparation
与量子比特相比，量子比特（即，$d$级或$d$状态量子系统）提供更大的Hilbert空间来存储和处理信息。另一方面，基于qudit的混合量子计算通常需要执行具有性质或编码格式不同的qudit的混合量子门。在这项工作中，我们考虑qutrit的情况下，即，对于具有$d$ =3的qudit的情况。我们提出了一种简单的方法来实现一个超导量子阱和一个猫态量子阱的混合量子控制和门。这个门加上单qutrit门形成了一组通用的三进制逻辑门，用于使用qutrit的量子计算。我们的建议是基于电路QED和操作基本上通过采用SC quantum（四能级量子系统）色散耦合到微波腔。门的实现非常简单，因为它只需要一个基本的操作。既不需要经典脉冲，也不需要测量。SC量子阱的辅助高能级在门操作期间实际上被激发，因此从该能级的退相干被极大地抑制。作为该门的一个应用，我们讨论了一个SC量子态和一个猫量子态的混合最大纠缠态的产生。我们进一步分析了在电路量子电动力学中产生这种混合纠缠态的实验可行性。该方案具有很强的普适性，可以推广到更广泛的物理系统中，如自然或人造的四能级原子与光腔或微波腔的耦合。
Tensor products of convex sets and the volume of separable states on N qudits
本文讨论了当态空间维数为无穷大时，可分混合量子态集的体积估计问题。最近已经对量子比特进行了研究;在这里，我们考虑较大的粒子，并得出结论，在所有情况下，可分离状态的比例在集合的维度上都是超指数小的。我们还证明了部分转置准则随着维数的增加而变得不精确，并且Gurvits和Barnum最近得到的N个量子比特上的可分态集的（Hilbert-Schmidt）内半径的下界$6^{-N/2}$本质上是最优的.我们采用标准的工具，经典的凸性，高维概率和几何的Banach空间。一个相对非标准的点是凸体的射影张量积的概念的正式引入，并对这一概念进行了初步研究。PACS编号：03.65.Ud、03.67.Mn、03.65.Db、02.40.Ft、02.50.Cw MSC级：46 B28、47 B10、47 L05、52 A38、81 P68
Quantum Skyrmion Qudit in a Triangular-lattice magnet
本研究提出三角晶格磁体中量子斯格明子的通用解析解，证明在显著势垒下系统为斯格明子量子比特（qudit）而非量子比特，其相干性比量子比特大千倍，为量子信息理论开辟新前景。
Longitudinal (curvature) couplings of an $N$-level qudit to a superconducting resonator at the adiabatic limit and beyond
本文推导一般色散区中 qudit 与超导谐振器的纵向多能级耦合 Hamilton 量，揭示其由能级曲率决定的绝热极限到共振增强色散值的平滑过渡，并展示其在近量子极限 QND 测量和远程几何相位门中的应用。
Entropy power inequalities for qudits
香农熵幂不等式（EPI）可以被看作是连续随机变量的熵函数在标度加法规则下的一种表述：$$f(\sqrt{a}\,X + \sqrt{1-a}\,Y) \ge a f(X) + (1-a) f(Y) \quad \forall \, a \in [0,1].$$这里，$X$和$Y$是连续随机变量，函数$f$是微分熵或熵幂。柯尼希和史密斯[arXiv：1205.3409]以及德帕尔马、马里和乔万内蒂[arXiv：1402.0404]在连续变量量子系统中得到了这些不等式的量子类似物，其中$X$和$Y$被玻色子场取代，加法规则是具有transmitted $a$的分束器对这些场的作用。在本文中，我们类似地建立了一类$d$能级量子系统（即qudits）的EPI类似物。这些不等式的基本加法规则由量子通道给出，该量子通道取决于参数$a \in [0,1]$，并且就像具有transmittance $a$的分束器的有限维模拟，将两个量子点的产物状态转换为单个量子点状态。我们将此通道称为部分交换通道，因为当$a$从0变为1时，其输出在输入中的两个qudit的状态之间进行插值的特定方式。我们得到类似的香农的EPI，不仅为冯诺伊曼熵和熵功率的输出，这样的通道，但对于一个更大的类的功能以及。这个类包括Rényi熵和次熵。我们还证明了量子模拟的熵光子数不等式（EPnI）。最后，对于部分交换通道的子类，其中一…
Entanglement Negativity of Spin-Orbit Correlations in a general Qubit-Qudit Setup
本文推导了一般 $2 \otimes n$ Hilbert 空间中部分转置密度矩阵的完整本征值谱，并在 qubit-qudit 框架下，将纠缠负性应用于质子内 partons 的自旋-轨道关联，发现其与胶子螺旋度 PDF 及 Hermitian 角相关。
Modification of "Counterfactual communication protocols" which eliminates weak particle traces
在空间上分离的区域之间进行通信的可能性，甚至没有一个光子在双方之间通过，这是一个惊人的量子现象。以这种方式传输一位的一个值的可能性，即无交互测量，在四分之一个世纪之前就已经知道了。包括传输未知量子态在内的完全通信的协议仅在几年前被提出，但研究表明，在所有这些协议中，粒子在传输通道中留下的痕迹都很弱，该痕迹大于单个粒子通过通道留下的痕迹。这使得这些协议的反事实性的主张充其量是有争议的。然而，这些最近的协议的简单修改消除了传输信道中的痕迹，使所有这些协议反事实。
Trade-off coding for universal qudit cloners motivated by the Unruh effect
有噪声的量子信道的"三重权衡"容量区域提供了比单个容量公式更完整的容量描述。然而，一些完整的描述通道的能力已经给出了由于这些区域的计算困难的性质-它可能需要一个优化的信息理论的数量在无限数量的通道使用。本文分析了相对论量子信息理论中出现的d维Unruh信道。我们表明，该通道属于一类的量子信道的容量区域需要一个优化的单通道使用，因此是听话的。我们确定了两个三重权衡区域，量子动态容量区域和私人动态容量区域，d维Unruh信道。我们的研究结果表明，使用这种编码策略的可实现的速率三元组的集合大于使用分时策略实现的集合。此外，我们证明了Unruh通道具有独特的结构，由通用量子点克隆通道，从而提供了一个明确的关系，这个相对论通道和受激发射过程中存在的量子光放大器。
Error Thresholds for Abelian Quantum Double Models: Increasing the bit-flip Stability of Topological Quantum Memory
目前用于构建量子计算设备的方法集中在两级量子系统上，该系统很好地模仿了经典比特的概念，尽管用额外的量子特性进行了增强。然而，d能级量子系统（qudits）的使用可以为量子信息处理提供优势，而不是人为地将状态的数量限制为两个。除其他优点外，最近已经表明，多能级量子系统可以提供更高的稳定性，以应对外部干扰-这是当前技术中的一个关键问题。在这项研究中，我们证明了拓扑量子存储器建立从qudits，也被称为阿贝尔量子双模型，表现出显着增加的弹性噪声。也就是说，即使在考虑多能级量子系统可能的大量错误时，采用量子比特的拓扑量子纠错码也可以比它们的两能级对应物维持更大的错误率。特别是，我们发现强有力的数字证据表明，这些纠错码的阈值给出的散列界。考虑到所获得的显著增加的误差阈值，这可能远远超过工程和控制更高维量子系统的额外复杂性。
Intrinsic and Measured Information in Separable Quantum Processes
静态的量子信息源发射相关量子的序列--也就是结构化的量子随机过程。如果一个观察者对一个量子序列进行相同的测量，结果就是一个经典随机过程的实现。我们介绍了量子信息理论的性质可分离量子序列，作为后续测量过程的经典信息属性的界限。对于源驱动的隐马尔可夫动力学，我们描述了如何观察员可以暂时或永久同步到源的内部状态，使用特定的积极运营商值的措施或自适应测量协议。我们介绍了一种方法，用于近似的信息源与一个独立的和identically-distributed，马尔可夫，或更大的内存模型，通过断层重建。我们确定了广泛的类别的可分离的过程的基础上，他们的量子信息属性和测量的复杂性，需要同步和准确地重建它们。
Qudit-based scalable quantum algorithm for solving the integer programming problem
本文提出一种基于多量子比特相互作用和量子相位估计的可扩展量子算法，通过蒸馏函数分离可行域并优化成本函数，将整数规划时间复杂度从经典指数级降低至$O(d^{n/2})$，实现量子加速。
Quantum Multiplexing for Quantum Computer Networks
在通信网络中，许多不同的信道必须共享有限量的资源。为了允许多个同时通信，通常采用多址技术。通过量子通信，可以共享一种新的资源。所有的系统通道可以容纳到一个更大的希尔伯特空间中的单个通道。在该方案中，一条线路组合了所有用户的信息，并且在接收端，原始的量子信道被恢复。给定的复用器/解复用器电路可以执行该n个量子比特到量子比特的变换。超密集编码和经典的多址接入方案的连接进行了讨论。
Fast computation of spherical phase-space functions of quantum many-body states
量子器件正在制备越来越复杂的纠缠量子态。如何有效地研究这些状态，鉴于其不断增加的维度？相空间，如维格纳函数提供了一个合适的框架。我们主要研究有限维单量子比特量子态和多量子比特置换对称态的相空间。我们提出的方法来有效地计算相应的相空间函数，这是至少一个数量级的速度比传统的方法。现在，实验学家和理论学家可以利用这些相空间技术有效地研究更大维度的量子多体态。
Noise Improvements in Quantum Simulations of sQED using Qutrits
我们提出了一个论点的优势，使用量子比特的标量量子电动力学在$(1+1)$ d。我们测量的质量间隙使用的时间相关器作为来自振幅阻尼误差通道和广义泡利通道消相干通道的量子比特和qutrits的噪声的函数。对于确定质量的相同误差，qutrit模拟可以容忍比qubit模拟大10到100倍的门噪声。我们发现，在不久的将来，使用量子比特可以实现质量间隙20%的准确性，但使用量子比特是不可行的。
Multi-dimensional photonic states from a quantum dot
多个粒子或多个自由度上叠加的量子态对于量子技术的发展至关重要。确定性和高效率地创建这些状态是一个持续的挑战。一种有前途的方法是重复激发多能级量子发射体，其已被证明可以自然地产生具有量子统计的光。在这里，我们描述了如何创建一类更高维度的量子态，所谓的W态，它是叠加在多个时间仓。我们通过对柱微腔中带电量子点的光子进行重复拉曼散射来做到这一点。我们证明了这种方法可以扩展到更大的尺寸，而不会降低相干性或单光子特性。我们解释了如何扩展这项工作，使确定性的创建任意时间箱编码qudits。
Fully tolerant product state testing and closest product state learning
本文提出高效算法，用于容错测试未知量子态是否接近乘积态，并利用随机着色与分块谱投影技术，改进了最近乘积态学习，所需副本数对 n 无关。
Quantum teleportation via maximum-confidence quantum measurements
研究了通过非最大Schmidt秩的纯量子信道传送未知量子态的问题。这个过程被映射到非正交对称状态之间的线性相关和同样可能的歧视问题。结果表明，通过应用优化的最大置信度（MC）测量完成这项任务，达到最大可能的隐形传输保真度后，在歧视过程中，这反过来又发生了最大的成功概率的决定性事件。在这种情况下，这样的保真度只取决于施密特秩的信道，它是大于最佳实现，确定性，由标准的隐形传态协议。此外，我们表明，有量子信道，它是可能的，适用于一个k阶段的顺序MC测量的歧视过程中，使一个结论性的事件在任何阶段导致上述最佳的一个以上的隐形传态保真度，因此，增加了整体成功概率的隐形传态与保真度高于此限制。
Quantum-locked key distribution at nearly the classical capacity rate
量子数据锁定是一种协议，允许使用较小的密钥来（取消）锁定呈指数级增长的大量信息，从而产生对量子环境中经典一次一密加密的最强违反。这种违反反映了量子密码学的两个安全标准之间存在的巨大差距，这两个标准由两个熵量量化：Holevo信息和可访问信息。我们表明，后者成为一个明智的安全标准，如果窃听者的量子存储器的相干时间的上限是已知的。在这种情况下，我们介绍了一个协议的秘密密钥生成通过一个无记忆量子信道。对于具有足够对称性的信道，例如d维擦除和去极化信道，该协议允许以与经典容量减去一位一样高的渐近速率生成密钥。
Beating the Classical Limits of Information Transmission using a Quantum Decoder
编码方案和纠错码广泛用于信息技术中，以提高真实世界通信信道上数据传输的可靠性。量子信息协议可以通过以量子态编码消息来进一步增强数据传输的性能，然而，迄今为止的大多数提议都集中在大量使用噪声信道的机制上，这在当前的量子技术中是不可行的。我们实验证明量子增强通信的振幅阻尼噪声信道，只有两个使用的通道，每个比特和一个单一的纠缠门在解码器。通过模拟使用光子干涉设置的信道，我们实验上增加了大于20%的可靠性，在一定的阻尼范围内，经典地发送两次消息的数据位传输。我们展示了我们的方法如何可以扩展到更大的系统，通过模拟传输一个单一的位与多达8个使用的信道和一个两个位的消息与三个使用的信道，预测在所有情况下的量子增强。
Adaptively measuring the temporal shape of ultrashort single photons for higher-dimensional quantum information processing
光子是电磁场的特定时空模式的单次激发。因此，模式结构的精确知识对于其处理和检测以及将通用量子光态应用于新技术至关重要。在这里，我们展示了一个自适应方案重建任意振幅和相位的超短单光子脉冲的频谱时间轮廓。该方法结合了超快相干控制和量子光学领域的技术，将脆弱的量子态的模式映射到强相干场的模式上。此外，我们表明，产生和检测量子态在多个光谱时间模式的可能性，可以作为编码量子位（和qudits）到单个，宽带，超短，光子的基础。该方案提供了对更大的希尔伯特空间的访问，可以提高当前量子信息协议的容量。
The noisy Landau-Streater(Werner-Holevo) channel in arbitrary dimensions
本文将Landau-Streater信道扩展至任意维度并构造含噪模型，证明噪声低于约0.4时量子容量非零，且在偶数维度下该信道可由酉运算分解。
Quantum approximate optimization of finite-state bosonic systems
本文提出基于哈密顿量的QAOA方法，通过设计混合哈密顿量优化有限态玻色系统，用于量子近似热化并找到排斥性玻色- Hubbard模型的基态。
Narain CFTs from nonbinary stabilizer codes
本文将基于qudit稳定子码构造Narain CFTs的方法推广至有限域$\mathbb{F}_{p^m}$和环$\mathbb{Z}_k$上的量子稳定子码，生成了覆盖更大模空间的有理CFTs，并提出了含非零逻辑量子比特的码与有限Narain CFTs集合间的对应关系。
Geometrical interpretation of the argument of weak values of general observables in N-level quantum systems
量子弱测量中的观测是由称为弱值的复数决定的。本文用几何相位的方法对$N$维量子系统中一般厄米观测量的弱值的论证给出了一个几何解释。在$N^2-1$维的单位球面上，我们用三个实向量的函数来表示一个任意的弱值，即$S^{N^2-2}$。这些向量分别与初始和最终状态以及弱测量的可观测性相关联。我们在$N-1$维的复射影空间$\mathbb{C}\textrm{P}^{N-1}$中表示纯态，它具有作为$S^{N^2-2}$的$2N-2$维子流形的非平凡表示（量子点的Bloch球的推广）。在$N$能级量子系统的纯态上的投影子的弱值的论证描述了与由表示$\mathbb{C}\textrm{P}^{N-1}$中的预选态、投影子和后选态的向量所跨越的测地三角形的辛区域相关联的几何相位。然后，我们继续表明，一个一般的可观察的弱值的参数是等效的一个有效的巴格曼不变量的参数。因此，我们将投影弱值的几何解释推广到一般观测量的弱值。特别地，我们考虑了由广义Gell-Mann矩阵给出的SU（$N$）的生成元.最后，我们详细研究了两能级系统中一般观测量的弱值的论点的情况下，我们说明了弱测量在较大的维度系统考虑投影退化子空间，以及厄米量子门。
Noise tolerance via reinforcement in the quantum search problem
研究通过强化将量子搜索问题的计算时间从√D降至lnD，显著提升算法成功率和计算时间缩放性，为噪声环境下的误差缓解提供新策略。
Quantum error correction beyond $SU(2)$: spin, bosonic, and permutation-invariant codes from convex geometry
本文提出了一种基于凸几何的量子纠错码构造方法，通过利用Sidon集和Tverberg定理，实现了超越SU(2)的量子纠错码设计，提高了码的纠错能力和效率。
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