基于光子数宇称算符本征态编码的光子量子比特多目标量子比特受控相位门的一步实现

近年来，利用微波场和光子的量子态工程与量子信息处理受到越来越多的关注。此外，多量子比特门在量子信息处理中起着重要作用。在这项工作中，我们提出通过光子数宇称算符的两个任意正交本征态（本征值分别为 1 和 -1）来编码一个光子量子比特。借助这种编码，我们随后提出了一种单步方法，利用 n 个耦合到单个超导磁通 qutrit 的微波腔，实现一个光子量子比特同时控制 n-1 个目标光子量子比特的多目标量子比特受控相位门。该方案不仅可应用于使用具有各种编码的光子量子比特实现非混合多目标量子比特受控相位门，也可用于实现使用具有不同编码的光子量子比特的混合多目标量子比特受控相位门。该门的实现仅需单步操作。门操作时间不随目标量子比特数量增加而延长。由于 qutrit 在整个操作期间保持在基态，来自 qutrit 的退相干被极大抑制。作为一个应用，我们展示了如何将该门应用于生成具有一般表达式的多腔 Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 纠缠态。根据具体编码，我们进一步讨论了多种非混合和混合多腔 GHZ 纠缠态的制备。我们对创建三腔自旋相干混合 GHZ 态的电路 QED 实验可行性进行了数值研究。该方案可推广到广泛物理系统中完成相同任务，例如耦合到三能级自然或人工原子的多个微波或光学腔。