物理动机驱动的单量子三态门分解
虽然通常仅使用物理系统的两个量子态以量子比特(qubit)形式编码量子信息,但原则上可以利用更多能级构建量子高维态(qudit)以提升系统信息容量。要充分利用额外能级,需通过实验可实现的操控对酉变换进行参数化描述。现有多种针对3×3酉矩阵(U(3))的参数化方法,其中一种通用酉矩阵分解可表示为对角矩阵指数与非对角矩阵指数的乘积——该分解与采用固定频率共振控制脉冲调控超导qutrit系统密切相关。数值验证表明该分解可实现U(3)中任意元素的参数化。 研究发现,若对参数范围进行简单设置,极易导致过度参数化现象,即多组不同参数值会生成相同的U(3)矩阵元素。以沃尔什-哈达玛(WH)矩阵(兼具实用价值的特殊qutrit门)为例,研究揭示了这种现象。该工作论证了不同分解方案间的关联性,并通过通用方法呈现其内在关系,同时找出了实现qutrit门的最短路径。此外,研究还探讨了通过其他解析手段获得的参数化方案,这些方案因不同优势可能具有特定应用价值。
