囚禁离子光学量子比特中的量子上下文性与无纠缠格罗夫搜索

量子计算优势通常归因于相干干涉和其他非经典资源，但其各自作用在多体纠缠 inherently 存在的实验平台上难以区分。高维量子系统为调查这些资源提供了有吸引力的途径，同时减少量子信息处理的硬件开销。我们在这里在单个囚禁的$^{138}\mathrm{Ba}^{+}$离子上实现了一个可编程的四维光学量子比特，并展示了通过相位可编程光学旋转实现通用相干控制。利用该平台，我们实现了无纠缠的格罗夫量子搜索算法实现，目标态识别概率高达$94.5\pm2.0\%$。在同一处理器中，我们还通过Clauser-Horne-Shimony-Holt（CHSH）型非上下文不等式演示了状态依赖的量子上下文性，获得最大违反值$S = 2.816 \pm 0.082$，与Tsirelson界高度吻合。通过在单水平囚禁离子平台上集成可编程量子计算和上下文测量，我们的工作建立了一个多功能架构，用于研究量子信息处理中相干干涉与上下文之间的关系，并为高维量子技术提供了可扩展的途径。