論文の概要: Hybrid controlled-SUM gate with one superconducting qutrit and one cat-state qutrit and application in hybrid entangled state preparation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.13114v1
• Date: Sun, 28 Aug 2022 01:48:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-28 17:20:45.652982
• Title: Hybrid controlled-SUM gate with one superconducting qutrit and one cat-state qutrit and application in hybrid entangled state preparation
• Title（参考訳）: 1つの超伝導クォートと1つの猫状態クォートを持つハイブリッド制御SUMゲートとハイブリッド絡み合った状態調製への応用
• Authors: Qi-Ping Su, Yu Zhang, Liang Bin, Chui-Ping Yang
• Abstract要約: 超伝導(SC)クォートとキャットステートクォートを組み合わせたハイブリッド量子制御SUMゲートを実現するための簡単な手法を提案する。 提案手法は回路QEDに基づいており,マイクロ波空洞に分散結合したSCクォートを用いて動作している。 このゲートの応用として、1つのSCクォートリットと1つの猫状態クォートリットのハイブリッド最大絡み合った状態の生成について議論する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.412750324146571
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Compared with a qubit, a qudit (i.e., $d$-level or $d$-state quantum system) provides a larger Hilbert space to store and process information. On the other hand, qudit-based hybrid quantum computing usually requires performing hybrid quantum gates with qudits different in their nature or in their encoding format. In this work, we consider the qutrit case, i.e., the case for a qudit with $d$=3. We propose a simple method to realize a hybrid quantum controlled-SUM gate with one superconducting (SC) qutrit and a cat-state qutrit. This gate plus single-qutrit gates form a universal set of ternary logic gates for quantum computing with qutrits. Our proposal is based on circuit QED and operates essentially by employing a SC ququart (a four-level quantum system) dispersively coupled to a microwave cavity. The gate implementation is quite simple because it only requires a single basic operation. Neither classical pulse nor measurement is needed. The auxiliary higher energy level of the SC ququart is virtually excited during the gate operation, thus decoherence from this level is greatly suppressed. As an application of this gate, we discuss the generation of a hybrid maximally-entangled state of one SC qutrit and one cat-state qutrit. We further analyze the experimental feasibility of creating such hybrid entangled state in circuit QED. This proposal is quite general and can be extended to accomplish the same task in a wide range of physical system, such as a four-level natural or artificial atom coupled to an optical or microwave cavity.
• Abstract（参考訳）: 量子ビットと比較すると、qudit ($d$-levelまたは$d$-state quantum system) は情報を保存し処理するためのより大きなヒルベルト空間を提供する。 一方、quditベースのハイブリッド量子コンピューティングは、通常、その性質やエンコーディング形式が異なるクオディットを持つハイブリッド量子ゲートを実行する必要がある。 本研究では、qutritの場合、すなわち$d$=3のquditの場合を考える。 超伝導(SC)クォートとキャットステートクォートを組み合わせたハイブリッド量子制御SUMゲートを実現するための簡単な手法を提案する。 このゲートと単量子ゲートは、クトリットを持つ量子計算のための三元論理ゲートの普遍集合を形成する。 提案手法は回路QEDに基づいており,マイクロ波空洞に分散結合したSC量子カート(4レベル量子システム)を用いて動作している。 ゲートの実装は非常に簡単で、単一の基本的な操作しか必要としない。 古典的なパルスも測定も必要ない。 sc ququartの補助高エネルギーレベルはゲート動作中に実質的に励起されるため、このレベルからのデコヒーレンスが大幅に抑制される。 このゲートの応用として、1つのSCクォートリットと1つの猫状態クォートリットのハイブリッド最大絡み合った状態の生成について議論する。 さらに,このようなハイブリッドな絡み合い状態を回路qedで生成する実験可能性についても検討した。 この提案は非常に一般的なものであり、光学的またはマイクロ波的空洞に結合した4レベル自然原子や人工原子など、幅広い物理系において同じ課題を達成するために拡張することができる。

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