論文の概要: Implementing quantum walks with a single qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.03642v1
- Date: Wed, 8 Jun 2022 02:04:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-10 04:22:36.690449
- Title: Implementing quantum walks with a single qubit
- Title（参考訳）: 量子ウォークを単一量子ビットで実装する
- Authors: Qi-Ping Su, Shi-Chao Wang, Yan Chi, Yong-Nan Sun, Li Yu, Zhe Sun,
Franco Nori and Chui-Ping Yang
- Abstract要約: 本稿では,1量子ビットのみを用いて離散時間量子ウォーク(DTQW)を実装する新しい手法を提案する。
単一光子を用いた1粒子と2粒子のDTQWを7ステップで実験的に実装した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.136104608099681
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum walks have wide applications in quantum information, such as
universal quantum computation, so it is important to explore properties of
quantum walks thoroughly. We propose a novel method to implement discrete-time
quantum walks (DTQWs) using only a single qubit, in which both coin and walker
are encoded in the two-dimensional state space of a single qubit, operations
are realized using single-qubit gates only, and high-dimensional final states
of DTQWs can be obtained naturally. With this "one-qubit" approach, DTQW
experiments can be realized much more easily, compared with previous methods,
in most quantum systems and all properties based on quantum states of DTQWs
(such as quantum correlation and coherence) can be investigated. By this
approach, we experimentally implement one-particle and two-particle DTQWs with
seven steps using single photons. Furthermore, we systematically investigate
quantum correlations and coherence (based on the full state of the coin and
walker) of the DTQW systems with different initial states of the coin, which
have not been obtained and studied in DTQW experiments. As an application, we
also study the assisted distillation of quantum coherence using the full state
of the two-particle DTQW from the experiment. The maximal increase in
distillable coherence for high-dimensional mixed states is investigated for the
first time by obtaining its upper and lower bounds. Our work opens a new door
to implement DTQW experiments and to better explore properties of quantum
walks.
- Abstract（参考訳）: 量子ウォークは、普遍量子計算のような量子情報に広く応用されており、量子ウォークの性質を徹底的に探究することが重要である。
単一キュービットのみを用いて離散時間量子ウォーク(DTQW)を実装する新しい手法を提案し, コインとウォーカーを1キュービットの2次元状態空間に符号化し, 単一キュービットゲートのみを用いて操作を実現し, DTQWの高次元最終状態を自然に得る方法を提案する。
この「1量子」アプローチにより、DTQW実験は、多くの量子系やDTQWの量子状態(量子相関やコヒーレンスなど)に基づく全ての性質において、従来の方法と比較してはるかに容易に実現できる。
本研究では,単一光子を用いて1粒子と2粒子のdtqwsを7段階実装する実験を行った。
さらに, DTQW実験では, コインの初期状態の異なるDTQW系の量子相関とコヒーレンス(コインとウォーカーの完全状態に基づく)を系統的に検討し, 検討した。
また, 実験から得られた2粒子dtqwの全状態を用いて, 量子コヒーレンスの蒸留支援法についても検討した。
高次元混合状態における蒸留性コヒーレンスの最大増加は, 上および下界を得ることにより初めて検討された。
我々の研究は、DTQW実験を実装し、量子ウォークの性質をよりよく探求するための新しい扉を開く。
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