論文の概要: Computing-heightened low-cost high-dimensional controlled-SUM gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.17388v1
- Date: Thu, 24 Apr 2025 09:13:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:53.31009
- Title: Computing-heightened low-cost high-dimensional controlled-SUM gates
- Title（参考訳）: 計算高化による低コスト高次元制御SUMゲート
- Authors: Zhi-Guo Fan, Zhuo-Ya Bai, Qiu-Lin Tan, Fang-Fang Du,
- Abstract要約: 量子ゲートは、量子ビットベースのゲートよりもいくつかの利点がある。
我々は4$times$4-dimensional (16D) two-qudit control-SUM ゲートを実装するための3つの現実的プロトコルを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Qudit-based quantum gates offer several advantages over qubit-based counterparts, such as higher information density, the ability to address more complex problems, and richer quantum operations. In this paper, we present three realistic protocols for implementing a 4$\times$4-dimensional (16D) two-qudit controlled-SUM (CSUM) gate, where the 4D control qudit and 4D target qudit are encoded in the polarization degree of freedom (DoF) and spatial DoF of two photons, respectively. The first protocol is implemented exclusively using linear optical elements without auxiliary resources, making it feasible with current optical technologies and achieving an efficiency of 1/9. The second protocol utilizes photon scattering by a microcavity-quantum-dot system, enabling the 16D CSUM gate to operate deterministically without postselection. The third protocol introduces an error-heralded mechanism based on the second protocol, theoretically achieving unity fidelity. Moreover, all protocols operate without ancillary photons, offering the advantages of compact circuits and low cost while further promoting the development of high-dimensional quantum computation.
- Abstract（参考訳）: 量子ゲートは、より高情報密度、より複雑な問題に対処する能力、よりリッチな量子演算など、量子ビットベースのものよりもいくつかの利点がある。
本稿では,4D制御quditと4Dターゲットquditをそれぞれ2つの光子の偏光度(DoF)と空間DoFで符号化するCSUMゲートを4$\times$4-dimensional (16D)2-quditで実装するための3つの現実的プロトコルを提案する。
第1のプロトコルは補助資源のない線形光学素子のみを用いて実装されており、現在の光学技術で実現可能であり、効率は1/9である。
第2のプロトコルは、マイクロキャビティ量子ドットシステムによる光子散乱を利用して、16D CSUMゲートがポストセレクションなしで決定的に動作できるようにする。
第3のプロトコルは第2のプロトコルに基づいてエラーを優先するメカニズムを導入し、理論的にはユニタリな忠実性を実現する。
さらに、全てのプロトコルはアシラリー光子を使わずに動作し、コンパクト回路の利点と低コストを提供しながら、高次元量子計算の開発をさらに促進する。
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