論文の概要: Holonomic multi-controlled gates for single-photon states
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.21101v1
- Date: Wed, 24 Dec 2025 10:54:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-25 19:43:21.759831
- Title: Holonomic multi-controlled gates for single-photon states
- Title（参考訳）: 単一光子状態に対するホロノミック多制御ゲート
- Authors: Carlo Danieli, Valentina Brosco, Claudio Conti, Laura Pilozzi,
- Abstract要約: フォトニック導波路ネットワークにおける非アベリアホロノミーに基づく制御および多制御量子ゲートの実現手法を提案する。
単一の中心サイト(M-pod)に結合したM周囲の導波路を持つ恒星ネットワークは、非アベリアのThoulessポンプで使用される三脚構造を自然に一般化する。
より大規模なM-pod構造へのアプローチが、乗算制御操作の実現にどのように役立つかを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Controlled and multi-controlled quantum gates, whose action on a target qubit depends on the state of multiple control qubits, represent a fundamental logical building block for complex quantum algorithms. We propose a scheme for realizing this class of gates based on non-Abelian holonomies in modulated photonic waveguide networks. Our approach relies on linear photonic cicuits formed by two star networks coupled via a two-path circuit. A star network with M peripheral waveguides coupled to a single central site, or M-pod, naturally generalizes the tripod structure used in non-Abelian Thouless pumping and stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP). In the present work, we first analyze the minimal case of two connected tripods and design adiabatic driving loops that implement single-qubit, CNOT, and SWAP gates. We then show how extending the approach to larger M-pod structures enables the realization of multiply controlled operations, which we exemplify by designing Toffoli and the OR gate on two coupled pentapods. Finally, we demonstrate that networks of connected tripods can implement the Deutsch quantum query algorithm.
- Abstract（参考訳）: ターゲット量子ビットに対する作用は、複数の制御量子ビットの状態に依存する制御および多重制御量子ゲートは、複雑な量子アルゴリズムの基本的な論理的構築ブロックを表す。
変調光導波路ネットワークにおける非アベリアホロノミーに基づくこのゲートのクラスを実現する手法を提案する。
我々のアプローチは、2つの星ネットワークが2経路回路を介して結合して形成される線形フォトニック回路に依存している。
単一中心点(M-pod)に結合したM周囲の導波路を持つ恒星ネットワークは、非アベリアのThoulessポンプと刺激されたラマン断熱通路(STIRAP)で使用される三脚構造を自然に一般化する。
本研究では,2つの連結三脚の最小ケースをまず解析し,単一量子ビット,CNOT,SWAPゲートを実装した断熱駆動ループを設計する。
次に,2つの結合したペンタポッド上で,ToffoliとORゲートを設計することにより,M-pod構造へのアプローチの拡張が乗算制御操作の実現を可能にすることを示す。
最後に、連結三脚ネットワークがDeutsch量子クエリアルゴリズムを実装できることを実証する。
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