Experimental demonstration of efficient high-dimensional quantum gates with orbital angular momentum

量子门 量子网络 量子计算机 物理 量子电路 量子信息 量子纠错 量子力学 量子算法 量子 计算机科学 拓扑(电路) 数学 组合数学
作者
Liang Wang,Shihao Ru,Feiran Wang,Pei Zhang,Fuli Li
出处
期刊:Quantum science and technology [IOP Publishing]
卷期号:7 (1): 015016-015016 被引量:16
标识
DOI:10.1088/2058-9565/ac3c19
摘要

Abstract Quantum gates are essential for the realization of quantum computer and have been implemented in various types of two-level systems. However, high-dimensional quantum gates are rarely investigated both theoretically and experimentally even that high-dimensional quantum systems exhibit remarkable advantages over two-level systems for some quantum information and quantum computing tasks. Here we experimentally demonstrate the four-dimensional X gate and its unique higher orders with the average conversion efficiency 93%. All these gates are based on orbital-angular-momentum degree of freedom (DoF) of single photons. Besides, a set of controlled quantum gates is implemented by use of polarization DoF. Our work is an important step toward the goal of achieving arbitrary high-dimensional quantum circuit and paves a way for the implementation of high-dimensional quantum communication and computation.
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