論文の概要: Efficient and deterministic high-dimensional controlled-swap gates on hybrid linear optical systems with high fidelity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.09393v1
- Date: Tue, 10 Feb 2026 04:02:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-11 20:17:43.368831
- Title: Efficient and deterministic high-dimensional controlled-swap gates on hybrid linear optical systems with high fidelity
- Title（参考訳）: 高忠実度ハイブリッド線形光学系における効率的・決定論的高次元制御スワップゲート
- Authors: Gui-Long Jiang, Jun-Bin Yuan, Wen-Qiang Liu, Hai-Rui Wei,
- Abstract要約: 線形光学のみを用いて制御NOT(CNOT)ゲートと制御スワップ(Fredkin)ゲートを効率よく実装する手法を提案する。
ハイブリッドエンコーディングに基づいて、CNOTとFredkinゲートは、借用された補助光子や測定誘起非線形性なしで決定論的に構築される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.515110575033358
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Implementation of quantum logic gates with linear optical elements plays a prominent role in quantum computing due to the relatively easier manipulation and realization. We present efficient schemes to implement controlled-NOT (CNOT) gate and controlled-swap (Fredkin) gate by solely using linear optics. We encode the control qubits and target qudits in photonic polarization (two-level) and spatial degrees of freedom ($d$-level), respectively. Based on the hybrid encoding, CNOT and Fredkin gates are constructed in a deterministic way without any borrowed ancillary photons or measurement-induced nonlinearities. Remarkably, the number of linear optics required to implement a CNOT gate has been reduced to one polarization beam splitter (PBS), while only $d$ PBSs are necessary to implement a generalized Fredkin gate. The optical depths of all schemes are reduced to one and dimension-independent. Besides, the fidelity of our three-qubit Fredkin gate is higher than 99.7\% under realistic conditions, which is higher than the previous schemes.
- Abstract（参考訳）: 線形光学素子を用いた量子論理ゲートの実装は、比較的簡単な操作と実現のために量子コンピューティングにおいて重要な役割を果たす。
線形光学のみを用いて制御NOT(CNOT)ゲートと制御スワップ(Fredkin)ゲートを効率よく実装する手法を提案する。
制御量子ビットと目標量子ビットをそれぞれ光偏光(2レベル)と空間自由度(d$レベル)で符号化する。
ハイブリッドエンコーディングに基づいて、CNOTとFredkinゲートは、借用された補助光子や測定誘起非線形性なしで決定論的に構築される。
注目すべきことに、CNOTゲートを実装するために必要な線形光学系は1つの偏光ビームスプリッタ (PBS) に削減され、一般化されたフレドキンゲートを実装するには$d$ PBSsしか必要ではない。
すべてのスキームの光学的深さは1次元独立に減少する。
さらに、我々の3ビットフレドキンゲートの忠実度は、以前のスキームよりも高い現実的な条件下で99.7\%以上である。
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