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基于 qudit 的高效光子量子计算方案
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替代方案。在这种情况下，通常考虑基于量子比特的量子电路，然而，光子系统自然也允许 d 元，即基于量子数位器的算法。这项工作研究了由 d > 2 光学模式中单个光子的可能光子数状态定义的量子数位器。我们展示了如何使用线性光学和光子数解析探测器构建局部最优非确定性多量子数位器门，并探索在 ad 元优化问题中使用量子数位器簇状态。我们发现，与具有相似计算能力的量子比特簇状态相比，量子数位器簇状态需要更少的光学模式，并且由更少数量的纠缠光子编码。我们通过将我们的量子数位器方案应用于 k 着色问题来说明其优势。
量子泡利群：非交换对，非
局部维度为 d > 2 的量子位元可以具有独特的结构和用途，而量子位 (d = 2) 则不能。量子位元泡利算子为量子位元状态和算子的空间提供了非常有用的基础。我们用几种方法研究了任意 d（包括合数）的量子位元泡利群的结构。为了涵盖 d 的合数，我们使用交换环上的模，这推广了场上向量空间的概念。对于任何指定的交换关系集，我们构造一组满足这些关系的量子位元泡利群。我们还研究了互相不交换的泡利集和成对不交换的集的最大大小。最后，我们给出了寻找泡利子群近似最小生成集的方法，计算泡利子群的大小，并找到量子位元稳定器码逻辑算子基的方法。本研究中有用的工具是交换环上的线性代数的范式，包括 Smith 范式、交替 Smith 范式和矩阵的 Howell 范式。这项工作的可能应用包括量子稳定器代码、纠缠辅助代码、超费米子代码和费米子哈密顿量模拟的构建和分析。
光学 171Yb+ 量子点的连续动态解耦...
量子计算机的发展受到了这样一种想法的刺激，即在解决计算任务时实现比基于传统原理的机器高得多的速度，并且与密码学（Shor，1994）、搜索（Grover，1996）、优化（Farhi 等人，2014）、量子系统模拟（Lloyd，1996）和求解大型线性方程组（Harrow 等人，2009）等问题相关。现有的量子计算设备原型使用各种物理平台来实现量子计算协议，例如超导电路（Arute 等，2019 年；Wu 等，2021 年）、半导体量子点（Xue 等，2022 年；Madzik 等，2022 年；Noiri 等，2022 年）、光学系统（Zhong 等，2020 年；Madsen 等，2022 年）、中性原子（Ebadi 等，2021 年；Scholl 等，2021 年；Henriet 等，2020 年；Graham 等，2022 年）和捕获离子（Zhang 等，2017 年；Blatt and Roos，2012 年；Hempel 等，2018 年）。尽管有几项实验报告称在解决采样问题方面取得了量子优势（Arute 等人，2019 年；Wu 等人，2021 年；Zhong 等人，2020 年），但现有一代量子计算机的计算能力有限。这些限制与以下事实有关：为了解决实际相关的计算问题，必须将设备相对于所用信息载体数量（例如，量子比特，它们是经典比特的量子对应物）的可扩展性与对量子比特的高质量操作相结合
纠缠在基于qudit的电路压缩中的作用
基于门的通用量子计算是根据两种类型的操作来制定的：通常易于实现的局部单量门门，而两个Qubit的纠缠大门，其忠实的实施仍然是主要的实验挑战之一，因为它需要单个系统之间的受控相互作用。为了充分利用量子硬件，以最有效的方式处理信息至关重要。一个有希望的途径是将较高的量子系统（Qudits）用作量子信息的乐趣单位，以用Qudit-Local Gates替换Qubit-Loctangling Gates的一小部分。在这里，我们展示了如何通过使用QUDIT编码来显着低估多Qubit电路的复杂性，我们通过考虑具有确切已知（多Qubit）栅极组合性的示例性cirits来量化这些编码。我们讨论了电路压缩的一般原理，在可实现的优势上得出上限和下限，并突出了纠缠和可用门集的关键作用。针对Photonic和捕获离子实施的显式实验方案，并证明了两种平台的电路性能都有显着的表达增益。
量子空间的波粒二象性和量子波门
普渡大学化学系、物理系和普渡量子科学与工程研究所，美国印第安纳州西拉斐特 47907 *电子邮件：kais@purdue.edu 摘要：我们提出三个核心思想：1. 量子空间的波粒二象性；2. 通过有序的量子泛函对对所有基本量子门进行分类；3. 一种称为“量子波门”的新型量子门。我们首先研究量子泛函，其与量子态的关系类似于基础量子物理中动量和位置波函数之间的关系：可以在对偶表示之间定义傅里叶变换和熵不确定性原理。量子泛函不仅仅是数学结构，而且具有明确的物理意义和量子电路实现。将量子泛函的分区解释与量子门的效应联系起来，我们通过有序的量子泛函对将所有基本量子门进行分类。通过将量子泛函推广到量子泛函，发现了新型的“量子波门”，作为传统量子门的量子版本。
暗路径完整量子计算
最常见的量子计算形式是电路模型，它类似于经典计算机中使用的电路。门被幺正变换（量子门）取代，位被量子位取代。为了获得计算优势，构建鲁棒且抗噪声的量子门非常重要。完整量子计算 [ 1 , 2 ] 就是一个候选模型，它基于绝热 [ 3 ] 或非绝热 [ 4 ] 演化中的非阿贝尔（矩阵值）几何相。此类完整门仅依赖于系统状态空间的几何形状，因此能够抵御量子演化中的局部错误。完整量子计算的最新理论和实验进展分别可参见参考文献 [ 5 – 13 ] 和 [ 14 – 21 ]。将计算元素限制为量子位的想法是一种任意选择，很可能是出于二进制逻辑的方便。那么为什么是二进制逻辑呢？它只是最简单的非平凡例子：在二进制逻辑中，事物可以是 0 或 1、True 或 False、开或关等等。由于其简单性，难怪第一台计算机就是这样设计的。但我们是否局限于比特？早在 1840 年，Fowler [ 22 ] 就制造出了一种机械三元（三值逻辑）计算设备，1958 年，苏联开发出第一台电子三元计算机 [ 23 ]。尽管三元计算机比二进制计算机有许多优势，但它从未取得过同样广泛的成功。然而，理论上没有什么可以禁止更高维度的计算基础，当涉及到量子计算时更是如此。
$^{87}$Sr 中十能级核自旋量子点的量子最优控制
我们研究了使用量子最优控制在 87 Sr、ad = 10 维（四进制）希尔伯特空间中实现 I = 9 / 2 核自旋状态的幺正映射的能力。通过核自旋共振和张量交流斯塔克位移的组合，仅通过调制射频磁场的相位，该系统即可实现量子可控。碱土金属原子（例如 87 Sr）由于复合线较窄且激发态的超精细分裂较大，因此具有非常有利的品质因数。我们用数字方式研究了量子速度极限、最优参数以及任意状态制备和完整 SU(10) 映射的保真度，包括由于光移激光引起的光泵浦而产生的退相干。我们还研究了使用稳健控制来减轻由于光移不均匀性而导致的一些失相。我们发现，当 rf Rabi 频率为 rf 且光移不均匀性为 0.5% 时，我们可以在时间 T = 4.5 π/ rf 内制备任意 Haar 随机状态，平均保真度 ⟨ F ψ ⟩= 0.9992，并在时间 T = 24 π/ rf 内制备任意 Haar 随机 SU(10) 映射，平均保真度 ⟨ FU ⟩= 0.9923。
纠缠转移，积累和通过基于量子步行的Qubit – Qudit Dynamics
摘要高维系统中量子相关性的产生和控制是量子技术当前景观的主要挑战。实现这种非古典高维资源将有可能解锁量子加密，通信和计算的增强功能。我们提出了一种能够通过基于量子 - 步行（QW）基于涉及硬币和沃克自由度的机制的量子 - 步行（QW）转移和累积机制来实现D尺寸系统的纠缠状态的方案。调查QW的选择是由于它们在多种物理系统中的成功实施而得到补充的一般性和多功能性。因此，鉴于QW跨量子信息的横切作用，我们的协议潜在地代表了控制各种实验平台中高维纠缠产生的多功能通用工具。特别是我们说明了可能的光子实现，其中信息是在轨道角动量和单个光子自由度的极化程度中编码的。
超导量子器件上的高保真软件定义量子逻辑
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