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量子物理

arXiv:2504.04990 (quant-ph)
[提交于 2025年4月7日 ]

标题: 具有相干多重平移的量子行走诱导快速量子门操作

标题: Quantum walk with coherent multiple translations induces fast quantum gate operations

Authors:Yixiang Zhang, Xin Qiao, Luojia Wang, Yanyan He, Zhaohui Dong, Xianfeng Chen, Luqi Yuan
摘要: 具有二维平移对称性的量子行走对于量子算法很重要,如果添加长程耦合,可以实现扩散速度的加速。 我们的工作研究了一种在强共振调制下的环结构,该结构可以在合成频率维度上自然地支持离散时间量子行走,包括相干的多长程平移。 这些多平移路径以相干方式添加,这使得行走者在拓扑能带下演化。 在此过程中,不仅预期有快速的扩散速度,而且更重要的是,我们发现可以在准动量空间中执行单量子比特门操作。 特别是,我们展示了仅需一个时间步即可实现任意单量子比特态制备和一个CNOT双量子比特门的例子,显著提高了量子算法的效率。 我们的研究利用一个环来基于相干多路径量子行走提供快速的量子门操作,这可能为光子芯片上的高效量子操作提供独特的设计。
摘要: Quantum walks with one-dimensional translational symmetry are important for quantum algorithms, where the speed-up of the diffusion speed can be reached if long-range couplings are added. Our work studies a scheme of a ring under the strong resonant modulation that can support discrete-time quantum walk including coherent multiple long-range translations in a natural way along synthetic frequency dimension. These multiple translation paths are added in a coherent way, which makes the walker evolve under the topological band. Therein, not only the fast diffusion speed is expected, but more importantly, we find that single quantum gate operations can be performed in the quasi-momentum space. In particular, we show the arbitrary single-qubit state preparation and an example of CNOT two-qubit gate with only one time step, dramarically increasing quantum algorithms. Our study uses a single ring to provide fast quantum gate operations based on coherent multiple path quantum walk, which may provide unique designs for efficient quantum operations on photonic chips.
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2504.04990 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2504.04990v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.04990
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Yixiang Zhang [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 4 月 7 日 12:14:19 UTC (7,529 KB)
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