論文の概要: N-qubit universal quantum logic with a photonic qudit and O(N) linear optics elements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.06334v1
- Date: Tue, 8 Oct 2024 20:14:35 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-01 06:19:07.038113
- Title: N-qubit universal quantum logic with a photonic qudit and O(N) linear optics elements
- Title（参考訳）: フォトニックキューディットとO(N)線形光学素子を持つN-量子普遍量子論理
- Authors: Aymeric Delteil,
- Abstract要約: 情報の高次元量子単位(qudits)は、単一の自由度で複数の量子ビット情報を運ぶことができる。
1つの時間ビンキューディットに符号化されたN量子状態は任意に、決定的に生成され、操作され、測定されることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: High-dimensional quantum units of information, or qudits, can carry more than one quantum bit of information in a single degree of freedom, and can therefore be used to boost the performance of quantum communication and quantum computation protocols. A photon in a superposition of $2^N$ time bins - a time-bin qudit - contains as much information as N qubits. Here, we show that N-qubit states encoded in a single time-bin qudit can be arbitrarily and deterministically generated, manipulated and measured using a number of linear optics elements that scales linearly with N, as opposed with prior proposals of single-qudit implementation of N-qubit logic, which typically requires $O(2^N)$ elements. The simple and cost-effective implementation we propose can be used as a small-scale quantum processor. We then demonstrate a path towards scalability by interfacing distinct qudit processors to a matter qubit (atom or quantum dot spin) in an optical resonator. Such a cavity QED system allows for more advanced functionalities, such as single-qubit nondemolition measurement and two-qubit gates between distinct qudits. It could also enable quantum interfaces with other matter quantum nodes in the context of quantum networks and distributed quantum computing.
- Abstract（参考訳）: 情報の高次元量子単位(qudits)は、単一の自由度で複数の量子ビット情報を運ぶことができ、そのため、量子通信や量子計算プロトコルの性能を高めるのに使うことができる。
2^N$の時間ビン(時間ビンキューディット)の重畳中の光子は、N量子ビットと同じ量の情報を含む。
ここでは、単一時間ビンキューディットで符号化されたN-量子状態は、通常$O(2^N)$要素を必要とするN-量子論理の単一量子実装の以前の提案とは対照的に、Nと線形にスケールする多くの線形光学素子を用いて、任意かつ決定的に生成、操作、測定することができることを示す。
提案するシンプルで費用対効果の高い実装は、小型量子プロセッサとして利用することができる。
次に,光学共振器内の物質量子ビット(原子あるいは量子ドットスピン)に異なるキューディットプロセッサを対向させることにより,スケーラビリティへの道を示す。
このような空洞QEDシステムは、単一の量子ビットの非分解測定や異なる量子ビット間の2量子ゲートなど、より高度な機能を実現することができる。
量子ネットワークや分散量子コンピューティングのコンテキストにおいて、他の物質量子ノードとの量子インターフェースを可能にすることもできる。
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