論文の概要: Quantum Contextuality and Entanglement-Free Grover Search in a Trapped-Ion Optical Qudit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.04128v1
- Date: Tue, 04 Aug 2026 18:27:03 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-06 14:48:43.580251
- Title: Quantum Contextuality and Entanglement-Free Grover Search in a Trapped-Ion Optical Qudit
- Title（参考訳）: トラップオン光量子領域における量子テクスチュアリティとエンタングルメントフリーグラバー探索
- Abstract要約: 高次元量子システムは、古典的でない量子資源を調査するための魅力的な経路を提供する。
我々は,138mathrmBa+$イオンで符号化された,プログラム可能な4次元光キューディットを実証した。
プログラム可能な量子計算とコンテキスト性の測定を単一のマルチレベルトラップイオンプラットフォームに統合することにより、量子情報処理におけるコヒーレント干渉とコンテキスト性の関係を調査するための汎用的なアーキテクチャを確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.375471176189433
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computational advantage is generally attributed to coherent interference and other non-classical resources, yet their respective roles remain difficult to disentangle in experimental platforms where multipartite entanglement is inherently present. High-dimensional quantum systems provide an attractive route for investigating these resources while simultaneously reducing hardware overhead for quantum information processing. Here we realize a programmable four-dimensional optical qudit encoded in a single trapped $^{138}\mathrm{Ba}^{+}$ ion and demonstrate universal coherent control through phase-programmable optical rotations. Using this platform, we implement an entanglement-free realization of Grover's quantum search algorithm, achieving target-state identification probabilities of up to $94.5\pm2.0\%$. Within the same processor, we further demonstrate state-dependent quantum contextuality through a Clauser--Horne--Shimony--Holt (CHSH)-type noncontextuality inequality, obtaining a maximum violation of $S = 2.816 \pm 0.082$, in close agreement with the Tsirelson bound. By integrating programmable quantum computation and contextuality measurements within a single multilevel trapped-ion platform, our work establishes a versatile architecture for investigating the relationship between coherent interference and contextuality in quantum information processing and provides a scalable route toward high-dimensional quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 量子計算の優位性は、一般にコヒーレント干渉やその他の古典的でない資源によるものであるが、それらの役割は、本質的にマルチパーティイトの絡み合いが存在する実験的なプラットフォームにおいて、切り離すことが困難である。
高次元量子システムは、これらの資源を調査するための魅力的な経路を提供すると同時に、量子情報処理のハードウェアオーバーヘッドを減少させる。
ここでは、プログラム可能な4次元光キューディットを1個のトラップされた$^{138}\mathrm{Ba}^{+}$イオンに符号化し、位相プログラム可能な光回転による普遍的コヒーレント制御を示す。
このプラットフォームを用いて,Groverの量子探索アルゴリズムの絡み合いのない実現を実現し,最大94.5\pm2.0\%の目標状態同定確率を実現する。
同じプロセッサ内では、クレーター-ホルン-シモニー-ホルト(CHSH)型非コンテクスチュアリティの不等式により、Tsirelson境界との密接な一致で、S = 2.816 \pm 0.082$の最大違反が得られる。
プログラム可能な量子計算とコンテキスト性の測定を単一のマルチレベルトラップイオンプラットフォームに統合することにより、量子情報処理におけるコヒーレント干渉とコンテキスト性の関係を調査するための汎用的なアーキテクチャを確立し、高次元量子技術へのスケーラブルな経路を提供する。
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