論文の概要: Experimental realization of universal high-dimensional quantum gates
with ultra-high fidelity and efficiency
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.18179v1
- Date: Thu, 30 Nov 2023 01:51:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-01 18:13:47.378399
- Title: Experimental realization of universal high-dimensional quantum gates
with ultra-high fidelity and efficiency
- Title(参考訳): 超高忠実性と効率を有する普遍高次元量子ゲートの実験的実現
- Authors: Zhe Meng, Wen-Qiang Liu, Bo-Wen Song, Xiao-Yun Wang, An-Ning Zhang,
and Zhang-Qi Yin
- Abstract要約: 4次元の単一光キューディットに対して、普遍的な量子ゲートの集合を提案、実験的に示す。
超高平均ゲート忠実度99.73%$と効率99.47%$は、フォールトトレラント量子計算の誤差しきい値よりも高い。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 3.768648145963042
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Qudit, a high-dimensional quantum system, provides a larger Hilbert space to
process the quantum information and has shown remarkable advantages over the
qubit counterparts. It is a great challenge to realize the high fidelity
universal quantum gates with qudits. Here we theoretically propose and
experimentally demonstrate a set of universal quantum gates for a single
optical qudit with four dimensions (including the generalized Pauli $X_4$ gate,
Pauli $Z_4$ gate, and all of their integer powers), which are encoded in the
polarization-spatial degree of freedom without multiple unstable cascaded
interferometers. Furthermore, we also realize the controlled-$X_4$ gate and all
of its integer powers. We have achieved both the ultra-high average gate
fidelity $99.73\%$ and efficiency $99.47\%$, which are above the the error
threshold for fault-tolerant quantum computation. Our work paves a way for the
large-scale high-dimensional fault-tolerant quantum computation with a
polynomial resource cost.
- Abstract(参考訳): 高次元量子システムであるquditは、量子情報を処理するためにより大きなヒルベルト空間を提供し、量子ビットに対して顕著な利点を示している。
qudits を用いた高忠実性ユニバーサル量子ゲートを実現することは大きな課題である。
ここでは,4次元の単一光学クディット(一般化されたpauli $x_4$ゲート,pauli $z_4$ゲートを含む)に対して,複数の不安定なカスケード干渉計を伴わない分極空間自由度で符号化された普遍量子ゲートの集合を理論的に提案し,実験的に実証する。
さらに、制御された$X_4$ゲートとその整数パワーも実現した。
超高平均ゲート忠実度$99.73\%$と効率$99.47\%$の両方を達成し、これはフォールトトレラント量子計算の誤差閾値を超えている。
本研究は,多項式資源コストによる大規模高次元フォールトトレラント量子計算の方法である。
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