量子物理
[提交于 2024年7月30日
]
标题: 半普遍性框架:3-qudit SU(d)不变门的半普遍性
标题: A framework for semi-universality: Semi-universality of 3-qudit SU(d)-invariant gates
摘要: 具有对称性尊重门的量子电路在量子信息科学中引起了广泛关注。 尽管近期的研究已经发展出针对具有阿贝尔对称性的电路的理论,揭示了阿贝尔和非阿贝尔情况之间的关键区别,但缺乏一个全面的非阿贝尔对称性的框架。 在本工作中,我们开发了新颖的技术和一个强大的框架,该框架特别有助于理解具有非阿贝尔对称性的电路。 使用这个框架,我们解决了关于具有SU(d)对称性的量子电路的一个开放问题。 我们证明,3-qudit SU(d)不变门是半通用的,即生成所有SU(d)不变的幺正变换,除了在不同表示的对称性子空间之间的相对相位上有一些约束。 此外,我们证明当补充3个辅助qudits时,这些门可以实现完全通用性。 有趣的是,我们发现研究具有3-qudit门的电路也有助于更好地理解具有2-qudit门的电路。 特别是,我们证明尽管2-qudit SU(d)不变门本身不是半通用的,但最多需要11个辅助qudits就可以变得通用。 此外,我们还研究了由随机SU(d)不变门组成的电路的统计特性。 我们的发现表明,虽然具有2-qudit门的电路不形成SU(d)不变幺正变换上的哈尓测度的2设计,但具有3-qudit门的电路可以生成t设计,其中t与qudits数量的平方成比例。
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