A high-fidelity two-qubit gate for multimode superconducting P-mon qubits
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（瓦尔特·迈斯纳研究所，巴伐利亚科学院）；Saarland University（萨尔兰大学）
通过利用P-mon量子比特的介体模式实现按需耦合，抑制寄生ZZ相互作用，实现180纳秒的CZ门，保真度达99.62%。
2026-06-24 quant-ph
Generation of photonic non-Gaussian states by measuring multimode Gaussian states
我们提出了一个详细的分析框架，用于研究多模非高斯状态，有条件地产生时，多模高斯状态的几个模式受到光子数分辨探测器。从输出态的维格纳函数出发，我们推导出有限个Fock叠加非高斯态的高斯门分解。该框架提供了一种方法来找到最佳的策略，以产生一个给定的目标非高斯状态。我们探索的例子，如猫态，弱立方相位状态，玻色码态的产生，并实现了成功概率的改善，比其他计划。我们的框架也适用于测量的高斯态是混合的情况下，这是非常重要的实验缺陷，如光子损失的分析。该框架对生成玻色子纠错码和使用资源状态实现非高斯门以及其他需要非高斯性的应用具有潜在的深远影响
2019-04-19 quant-ph
Fast Sideband Control of a Weakly Coupled Multimode Bosonic Memory
本文提出两种 transmon 介导的快速边带控制策略，在弱色散耦合的十模超导腔中实现光子数选择性 SWAP、Fock/NOON 态及二项式编码，最快达裸耦合30倍，编码保真度96.3%。
2025-03-13 quant-ph
Universal monitored dynamics in multimode bosonic systems
Rutgers University（罗格斯大学）；University of Geneva（日内瓦大学）；Louisiana State University（路易斯安那州立大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
本文提出利用电路量子电动力学研究多模式玻色系统中监控多体动力学的方法，通过构建包含光子晶体电路的玻色模型，验证了在本地奇偶测量下，通用门集的行为与常规测量诱导相变一致，而特定的光子晶体电路在高测量区域表现出临界行为。
2026-03-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Memory-Optimal Sequential Synthesis of Multimode Gaussian Transformations
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本研究针对模块化量子计算架构中多模高斯变换，确定最小内存成本并构建最优顺序协议，开发贪心方法识别高效发射顺序，为通用连续变量量子计算模块间通信提供资源高效方案。
2026-09-07 quant-ph
Transverse mode-encoded quantum gate on a silicon photonic chip
正交横模作为集成光子电路中的一个重要自由度，为经典和量子信息处理提供了一种灵活的提高通信能力的途径。为了构建大规模的片上多模多自由度量子系统，需要一个横模编码的受控非门（CNOT）。在这里，我们通过在硅光子芯片上设计和集成横向模式相关的定向耦合器和衰减器，首次实现了双量子比特量子门的多模实现。借助于态制备和分析部分，我们证明了该门能够纠缠两个分离的横模量子比特，平均保真度为$0.89\pm0.02$，在量子非局域性验证中实现了10个标准偏差的违反。此外，从用于完全表征CNOT门的量子过程层析成像获得了$0.82\pm0.01$的保真度。我们的工作为普遍的横模编码量子操作和大规模多模多自由度量子系统铺平了道路。
2021-11-08 physics.optics quant-ph
Deterministic and cascadable conditional phase gate for photonic qubits
先前对用于光子量子比特的处理因果多模量子场设置中的交叉相位调制（XPM）的条件相位门的分析表明，大的（~πrad）非线性相移总是伴随着降低纯度的噪声[J. H. Shapiro，Phys.Rev.A73，062305（2006）; J. Gea-Banacloche，Phys.Rev.A81，043823（2010）]。使用原子V-系统模型的XPM介质，我们提出了一个条件相位门，足够小的非零相位，具有高保真度。该门是通过使用一种特殊的测量，主模投影，利用量子芝诺效应，并排除累积的结晶度退化偏离主模希尔伯特空间时，控制和目标光子照射门。
2012-02-29 quant-ph
Multimode physics of the unimon circuit
本文研究unimon电路的多模物理，发现高频模式导致约瑟夫森能量重整化，并揭示低能模式间的强交叉Kerr耦合，为多量子比特嵌入单电路提供可能。
2023-10-12 quant-ph
Resources for universal quantum state manipulation and engineering
我们研究了在多模量子态上实现任意量子门所需的非高斯资源，以及高斯运算和测量。我们表明，一组任意的状态与有限的扩展Fock基础是足够的这项任务。作为一个例子，我们提出了一个明确的计划，概率实现的非线性符号门使用资源非高斯状态和高斯操作。
2009-08-11 quant-ph
Multimode rotationally symmetric bosonic codes from group-theoretic construction
Indian Institute of Science Education and Research Mohali（印度科学教育研究所穆哈利分校）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；University of Waterloo（滑铁卢大学）
基于群论框架，提出一族多模旋转对称玻色子码，通过线性光学实现完整Pauli群，在抑制退相位噪声方面优于单模及早期多模构造，并支持任意维度的qudit编码。
2026-03-25 quant-ph
Crosstalk-Robust Quantum Control in Multimode Bosonic Systems
针对多模玻色系统中辅助量子比特受 Stark 频移导致的串扰误差，本文利用量子最优控制设计鲁棒脉冲并整合进 ECD 协议，在 Fock 态制备和 Bell-cat 态生成中显著提升保真度。
2024-10-25 quant-ph
Nonlocal continuous-variable gates by amplified optical connections
Palacký University（帕拉茨基大学）
提出利用光学参量放大器实现两个远程用户间的非局域连续变量量子非破坏门，提升纠缠能力和抑制噪声，适用于分布式量子计算。
2026-06-11 quant-ph
Unified generation and fast emission of arbitrary single-photon multimode $W$ states
我们提出了一个在电路QED中产生任意单光子多模$W$态的统一的确定性方案。一个三能级系统（qutrit）由泵浦激光脉冲驱动，并耦合到空间分离的$N$谐振腔。每个空间模$g_i$的耦合强度完全决定了产生的单光子N模$W$态$\vert W_N \rangle=\frac{1}{A}\sum_{i=1}^N g_i|0_1 0_2 \cdots 1_i 0_{i+1}\cdots 0_N\rangle$，因此只需调节$g_i$就可以产生任意的$\vert W_N \rangle$.我们不仅可以在谐振器中产生$W$态，还可以根据需要将它们释放到传输线中。对于任意$N$，用于生成（或发射）$\vert W_N \rangle$的时间和保真度可以相同。值得注意的是，根据参数，$\vert W_N\rangle$可以以在$20-50$ ns内达到$98.9\%$的概率发射，与最近报道的最快的两量子位门（$30-45$ ns）相当。最后，时间演化过程便于控制，因为只有泵浦脉冲是时间相关的。
2021-09-12 physics.optics quant-ph
Entangling two qudits of arbitrary dimension through light-atomic Faraday interaction
Saint-Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）
本研究针对携带轨道角动量的光场态与原子集体自旋相干态编码的两个任意维度量子比特，提出基于两次法拉第相互作用及正交分量旋转的协议生成多种纠缠操作，且均可表示为d维SWAP门的有理幂次，并计算了不同维度与纠缠能力下的变换概率。
2026-08-21 quant-ph
Cavity QED Photons for Quantum Information Processing
基于多模多能级Jaynes-Cummings模型和多光子共振理论，在腔中编码双轨量子比特，实现了一组通用的两量子比特和三量子比特门，即iSWAP门和Fredkin门.用这种方法，信息被存储在腔中，非共振原子能级被有效二能级哈密顿量的半经典理论消除。另一个半经典模型，即自旋- $J$模型，已被引入，使一个完整的人口反转水平的利益已经实现和周期性的多级多光子模型已经执行。这两个半经典模型的结合已经被用来处理二能级、三能级、四能级甚至五能级结构。已经研究了退相干过程对iSWAP和Fredkin门的保真度的影响。
2014-07-02 quant-ph
All-optical quantum computing using cubic phase gates
本研究提出基于精确门分解与近似Trotter化的技术，仅用分束器、合理数量单模立方相位门及离线资源实现全光通用容错量子计算元件，生成高质量玻色编码态，方法具广泛适用性。
2024-07-13 quant-ph
From quantum pulse gate to quantum pulse shaper -- enigneered frequency conversion in nonlinear optical waveguides
对光的量子态的时空结构的完全控制是量子光学中的重要目标，以生成例如单模量子脉冲或对多模上的信息进行编码，从而增强信道容量。量子光脉冲具有固有的、丰富的光谱宽带模式结构。近年来，集成光学和光源工程的应用使人们对光的量子态的脉冲模式结构有了更深入的了解。此外，一些研究小组已经开始研究通过单光子频率转换来操纵量子态。在本文中，我们探索新的路线走向完全控制的固有脉冲模式的超快脉冲量子态，采用专门设计的非线性波导与适应的色散特性。从我们最近提出的量子脉冲门（QPG）出发，我们进一步推广了基于任意$\chitwo$的量子过程的空谱工程概念。分析了基于和频产生的量子脉冲整形器，介绍了基于差频产生的量子脉冲整形器。总之，这些多功能和鲁棒的集成光学器件允许任意操纵超快脉冲量子态的脉冲模式结构。QPG可用于从多模输入状态中选择任意脉冲模式，而QPS能够从具有高斯形频谱的输入波包生成特定脉冲模式。
2011-07-28 quant-ph
Conversion of Gaussian states to non-Gaussian states using photon-number-resolving detectors
高保真光子非高斯态的产生是使用连续变量平台的通用量子计算的关键组成部分，但有效地做到这一点仍然是一个挑战。我们提出了一个通用的框架，通过测量几个模式的多模高斯态通过光子数分辨探测器的概率生产多模非高斯态。我们使用高斯元素组成的压缩位移真空状态和干涉仪，唯一的非高斯元素组成的光子数分辨探测器。我们推导出输出Wigner函数的解析表达式，以及高斯态和光子探测模式的平均值和协方差矩阵中产生状态的概率。我们发现，输出状态可以被写为一个Fock基叠加态，其次是一个高斯门，我们推导出这些参数的显式表达式。这些解析表达式准确地显示了这种概率方案可以产生什么样的非高斯态。此外，它提供了一种方法来搜索高斯电路和测量模式，以产生具有最佳保真度和成功概率的目标非高斯状态。我们提出了具体的例子，如生成猫状态，ON状态，Gottesman-Kitaev-Preskill状态，NOON状态和玻色码状态。所提出的框架具有潜在的深远影响的生成玻色子纠错码，需要非高斯状态，资源状态的实现所需的通用量子计算的非高斯门，以及其他应用程序需要非高斯性。这里开发的工具也可以证明对非高斯的量子资源理论有用。
2019-04-19 quant-ph
High-dimensional quantum encoding via photon-subtracted squeezed states
我们介绍了一种基于多模压缩态相干模相关单光子相减的高维量子编码。这种编码可以看作是对标准单光子多轨编码的非零压缩情况的推广。其优点在于，压缩的存在使得能够在连续变量量子处理中使用常见的工具，这反过来又允许表明，通过简单地调谐选通光子减法方案的经典场，可以生成和检测任意$d$级量子态。因此，该方案适用于映射任意量子力学形式的经典数据。无论数据集字母表的维度如何，映射的条件是仅减去单个光子，使其几乎是无条件的。我们证明了这种编码可以用于计算向量距离，这是各种量子机器学习算法中的关键原语。
2019-03-03 quant-ph
Deterministic Photon Sorting in Waveguide QED Systems
根据量子场在Fock空间的量子数将其分为不同的模式是一种非常理想的量子操作。在这封信中，我们表明，一对两级发射器，手性耦合到波导，可以散射单光子和双光子输入脉冲的分量成正交的时间模式与保真度$\gtrsim 0.9997$。我们开发了一个通用的理论来表征和优化这个过程，并观察到一个有趣的动力学在双光子散射制度：而第一个发射器产生一个复杂的多模场，第二个发射器重组的场振幅和净双光子散射诱导的脉冲模式的自时间反转。所提出的方案可用于构造用于传播光子的逻辑元件，例如具有保真度$\gtrsim 0.9995$的确定性非线性符号门
2022-02-14 physics.optics quant-ph
Strong coupling and single-photon nonlinearity in free-electron quantum optics
本文提出“自由电子光纤”方案，利用有质动力势阱抑制电子衍射并延长相互作用长度，从而实现自由电子与光子模式的强耦合及单光子非线性，为确定性单光子发射和自由电子-光子量子门等应用奠定基础。
2024-05-02 quant-ph
Topological multi-mode waveguide QED
本文研究 Harper-Hofstadter 晶格边缘的拓扑多模波导与量子发射体耦合，揭示准量子化衰减、模式空间分离及单光子时间-bin纠缠，并提出利用巨型原子实现通道选择性相互作用。
2023-08-18 quant-ph
Pair-cat codes: autonomous error-correction with low-order nonlinearity
我们引入了一个驱动耗散双模玻色子系统，其水库导致同时损失的两个光子在每个模式和其稳定状态的叠加对相干/Barut-Girardello相干态。我们展示了如何在这个系统的稳态子空间中编码的量子信息在两种模式下对相位漂移（腔失相）具有指数免疫力。此外，通过连续监测逻辑状态的预期光子数之间的差异，可以保护信息免受任意光子丢失的影响。尽管使用更多的资源，双模式方案享有两个优势，其单模猫量子比特对应物方面的实现使用电流电路QED技术。首先，可以在不关闭当前可实现的耗散稳定过程的情况下完成对光子数差的监测。第二，每个模式需要较低的平均光子数，以享受至少与cat-code一样好的保护水平。我们讨论电路QED的建议，以稳定的代码状态，执行门，并防止光子丢失，通过积极的综合征测量或自主的程序。我们引入准概率分布，使我们能够代表固定的光子数差在二维复平面的双模态，而不是完整的四维双模相空间。将稳定器形式主义推广到非对角化稳定器，将双模码推广到多模。$M$模式代码可以防止在多达$M-1$模式中的任意光子损失或在任何一种模式中的任意损失和增益。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
