論文の概要: One-step implementation of a multi-target-qubit controlled-phase gate with photonic qubits encoded via eigenstates of the photon-number parity operator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.02227v1
• Date: Sun, 4 Jun 2023 01:29:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-06 19:15:14.880697
• Title: One-step implementation of a multi-target-qubit controlled-phase gate with photonic qubits encoded via eigenstates of the photon-number parity operator
• Title（参考訳）: 光子数パリティ作用素の固有状態を介して符号化されたフォトニック量子ビットを有するマルチターゲット量子ビット制御位相ゲートの一段階実装
• Authors: Qi-Ping Su, Liang Bin, Yu Zhang, and Chui-Ping Yang
• Abstract要約: マルチキュービットゲートは、量子情報処理において重要な役割を果たす。 本稿では,光子数パリティ演算子の任意の2つの固有状態を用いて光子量子ビットを符号化する。 本稿では,GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)絡み合った多孔性グリーンベルガー・ホーネ・ザイリンガー(Greenberger-Horne-Zeilinger, GHZ)を一般表現で生成する方法を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.1240043488226967
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In recent years, quantum state engineering and quantum information processing using microwave fields and photons have received increasing attention. In addition, multiqubit gates play an important role in quantum information processing. In this work, we propose to encode a photonic qubit via two arbitrary orthogonal eigenstates (with eigenvalues 1 and -1, respectively) of the photon-number parity operator. With such encoding, we then present a single-step method to realize a multi-target-qubit controlled-phase gate with one photonic qubit simultaneously controlling n-1 target photonic qubits, by employing n microwave cavities coupled to one superconducting flux qutrit. This proposal can be applied not only to implement nonhybrid multi-target-qubit controlled-phase gates using photonic qubits with various encodings, but also to realize hybrid multi-target-qubit controlled-phase gates using photonic qubits with different encodings. The gate realization requires only a single-step operation. The gate operation time does not increase with the number of target qubits. Because the qutrit remains in the ground state during the entire operation, decoherence from the qutrit is greatly suppressed. As an application, we show how to apply this gate to generate a multicavity Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) entangled state with general expression. Depending on the specific encodings, we further discuss the preparation of several nonhybrid and hybrid GHZ entangled states of multiple cavities. We numerically investigate the circuit-QED experimental feasibility of creating a three-cavity spin-coherent hybrid GHZ state. This proposal can be extended to accomplish the same tasks in a wide range of physical systems, such as multiple microwave or optical cavities coupled to a three-level natural or artificial atom.
• Abstract（参考訳）: 近年、マイクロ波フィールドと光子を用いた量子状態工学と量子情報処理が注目されている。 さらに、マルチキュービットゲートは量子情報処理において重要な役割を果たす。 本研究では、光子数パリティ作用素の2つの任意の直交固有状態(それぞれ固有値 1 と -1 を持つ)を介してフォトニック量子ビットを符号化する。 そこで本研究では,n個のマイクロ波キャビティを1つの超伝導フラックスクトリットに結合し,n個のフォトニック量子ビットを同時に制御するマルチターゲット量子ビット制御位相ゲートを実現するための単一ステップ法を提案する。 本提案手法は, 様々なエンコーディングを持つフォトニックキュービットを用いた非ハイブリッドマルチターゲットキュービット制御相ゲートの実装だけでなく, 異なるエンコーディングを持つフォトニックキュービットを用いたハイブリッドマルチターゲットキュービット制御相ゲートの実現にも有効である。 ゲート実現には1ステップのみの操作が必要となる。 ゲート動作時間は、ターゲットキュービット数とともに増加しない。 操作中はクトリットが基底状態にあるため、クトリットからのデコヒーレンスが大幅に抑制される。 そこで,本稿では,このゲートを一般化したマルチキャビティグリーンバーガー・ホーン・サイレンジャー(ghz)絡み合った状態を生成する方法を示す。 具体的エンコーディングにより、複数のキャビティの非ヒブリドおよびハイブリッドGHZ絡み合った状態の調製についてさらに議論する。 本稿では,3キャビティスピンコヒーレントハイブリッドGHZ状態を生成する回路QED実験の実現可能性について数値解析を行った。 この提案は、複数のマイクロ波または光学キャビティを3段階の天然または人工の原子に結合するなど、幅広い物理システムで同じタスクを達成するために拡張することができる。

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