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使用多派Beamsplitters
广义的量子测量值超出了希尔伯特空间中正式基础的投影的教科书概念。它们不仅具有基本相关性，而且在量子信息任务中也起着重要作用。但是，在没有假定量子设备的特征的情况下，高度要求证明实验会收获通过广义测量所能获得的优势，尤其是超出最简单的Qubit，最简单的Qubit，系统。在这里，我们表明，多派梁插槽允许在较高维度中稳健地实现高质量的广义示意。使用最先进的多核光纤技术，我们在四维希尔伯特空间中实施了七个结果的广义测量，其忠诚度为99.7％。我们提出了一项实用的量子通信任务，并证明了一个成功率，该成功率无法在任何可能的量子协议中基于基于同一维度量子消息的标准投影测量值模拟。我们的方法与现代光子平台兼容，展示了忠实且高质量实施的途径。
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。
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。
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。
qudits和高维量子计算
qudit是传统2级值的多级计算单元替代品。与Qubit相比，Qudit提供了更大的状态空间来存储和过程信息，因此可以降低电路复杂性，简化实验设置以及算法效率的增强。本评论提供了基于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Qudit门通用性和各种Qudit门，包括Pi/8 Gate，交换门和多级别控制的门。然后，我们介绍了几种代表性量子算法的QUDIT版本，包括Deutsch-Jozsa算法，量子傅立叶变换和相位估计算法。最后，我们讨论了用于QUDIT计算的各种物理实现，例如光子平台，铁陷阱和核磁共振。
qudits和高维量子计算
Qudit是一种多级计算单元的替代品，可替代2级量子。与Qubit相比，Qudit提供了更大的状态空间来存储和过程信息，因此可以降低电路复杂性，简化实验设置以及算法效率的实现。本评论提供了基于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。我们首先讨论了Qudit Gate的通用性和各种Qudit门，包括Pi/8 Gate，交换门和多级别控制的门。然后，我们介绍了几种代表性量子算法的QUDIT版本，包括Deutsch-Jozsa算法，量子傅立叶变换和相位估计算法。最后，我们讨论了用于QUDIT计算的各种物理实现，例如光子平台，铁陷阱和核磁共振。
费米实验室利用 SRF 腔进行基于 Qudit 的量子计算
规范场论是高能物理 (HEP) 领域的基础理论，在解决量子色动力学、电弱统一、希格斯机制甚至超标准模型物理等若干关键问题中发挥着至关重要的作用。在时空格子上离散化规范场论可得到格子场论，该理论能够对无法解析求解的复杂物理系统进行强大的数值模拟。因此，人们在开发经典硬件和算法方面取得了巨大进步，其中马尔可夫链蒙特卡罗 (MCMC) 技术是最受欢迎的技术之一。尽管经典数值方法取得了巨大成功，但由于所谓的符号问题，一些问题在某些重要参数范围内变得难以解决。最近的理论研究表明，可以通过利用量子算法来绕过这些障碍 [1,2]。例如，已经开发出几种针对 (1+1)、(2+1) 和 (3+1) 维规范场论的资源高效量子算法 [3-10]。然而，到目前为止，仅使用目前可用的噪声中型量子 (NISQ) 设备 [17] 对 (1+1) [11-15] 和 (2+1) [16] 的情况进行了原理验证演示。要实现使用量子计算机计算 (3+1) 维现象的宏伟目标，需要在量子硬件和控制方案上做出重大改进。由费米实验室领导的超导量子材料与系统 (SQMS) 中心致力于在量子计算和传感领域带来变革性进步。其核心目标是解决当前量子设备固有的退相干挑战，为增强型量子处理器和传感器铺平道路。该计划的核心是在 SQMS 中心内开发基于三维 (3D) 超导腔的数字量子计算系统，旨在解决重要的 HEP 问题。这些系统利用最初为加速器物理设计的 3D 超导射频 (SRF) 腔，与传统的 2D 超导设备相比具有明显的优势。首先，3D 腔的基本模式拥有超过两秒的寿命，使其非常适合存储和操纵量子信息 [18]。其次，高效的控制和读出方案显着降低了低温和室温硬件开销。最后，对大型希尔伯特空间的固有访问提供了直接编码“qudits”的潜力，与传统的两级（量子位）编码相比，在模拟中具有优势 [19]。本过程安排如下。在第 2 节中，我们简要回顾了超导电路，特别是用于 transmon 量子位的电路量子电动力学 (cQED) 架构。在第 3 节中，我们介绍了 3D SRF 量子计算系统，并在第 4 节中讨论了最近的实验进展，最后在第 5 部分进行总结性发言。
Qubit-Qudit Rabi 模型中的类 GHZ 状态
我们研究了一个 Rabi 型哈密顿系统，其中量子比特和 ad 级量子系统 (qudit) 通过一个公共谐振器耦合。在弱耦合和强耦合极限下，通过适当的微扰方案分析光谱。分析表明，qudit 的多级存在有效地增强了量子比特 - qudit 相互作用。发现强耦合系统的基态属于 Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 类型。因此，尽管量子比特 - qudit 强耦合，但 GHZ 状态的特定三部分纠缠的性质抑制了二部分纠缠。我们分析了量子比特 - 谐振器和量子比特 - 谐振器耦合的猝灭和绝热切换下的系统动力学。在淬灭情况下，我们发现谐振器中非绝热光子的产生会随着量子比特中的能级数而增强。绝热控制代表了制备 GHZ 态的一种可能途径。我们的分析为未来研究量子比特-量子比特系统中的相干态转移提供了相关信息。
Tamara Kohler - UCL 探索 - 伦敦大学学院
C 第六章附录 217 C.1 (伪)完美张量和绝对最大纠缠态 . 217 C.2 (伪)完美张量和量子纠错码 . . . . . 218 C.3 Qudit 稳定器代码和状态 . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 C.3.1 广义泡利群 . . . . . . . . . . . . . . . . 221 C.3.2 Qudit 稳定器代码 . . . . . . . . . . . . . . . . 221 C.4 稳定器（伪）完美张量 . ...
高维量子系统的纠缠门的编制
摘要 迄今为止，大多数量子计算架构都原生支持多值逻辑，尽管通常以二进制方式运行。多值或 qudit 量子处理器可以使用更丰富的量子纠缠形式，这有望显著提高量子设备的性能和实用性。然而，利用此类硬件所需的大部分理论以及相应的设计方法仍然不足，而且从量子位进行推广并不简单。一个特殊的挑战是将量子电路编译成由最先进量子硬件支持的本机 qudit 门集。在这项工作中，我们通过引入一个完整的工作流程来应对这一挑战，该工作流程将任何两 qudit 单元编译为任意本机门集。案例研究证明了所提出的方法以及相应实现的可行性（可在 github.com/cda-tum/qudit-entanglement- compilation 免费获得）。