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Efficient scheme for realizing a multiplex-controlled phase gate with photonic qubits in circuit quantum electrodynamics

引用

Frontiers of physics 2022年第5期17卷 125-135页

作者： Qi-Ping Su Yu Zhang Liang Bin Chui-Ping Yang School of Physics Hangzhou Normal UniversityHangzhou 311121China School of Physics Nanjing UniversityNanjing 210093China Quantum Information Research Center Shangrao Normal UniversityShangrao 334001China

We propose an efficient scheme to implement a multiplex-controlled phase gate with multiple photonic qubits simultaneously controlling one target photonic qubit based on circuit quantum electrodynamics(QED).For convenience,we denote this multiqubit gate as MCP *** gate is realized by using a two-level coupler to couple multiple *** coupler here is a superconducting *** scheme is simple because the gate implementation requires only one step of *** addition,this scheme is quite general because the two logic states of each photonic qubit can be encoded with a vacuum state and an arbitrary non-vacuum state|φ>(e.g.,a Fock state,a superposition of Fock states,a cat state,or a coherent state,etc.)which is orthogonal or quasi-orthogonal to the vacuum *** scheme has some additional advantages:because only two levels of the coupler are used,i.e.,no auxiliary levels are utilized,decoherence from higher energy levels of the coupler is avoided;the gate operation time does not depend on the number of qubits;and the gate is implemented deterministically because no measurement is *** an example,we numerically analyze the circuit-QED based experimental feasibility of implementing a three-qubit MCP gate with photonic qubits each encoded via a vacuum state and a cat *** scheme can be applied to accomplish the same task in a wide range of physical system,which consists of multiple microwave or optical cavities coupled to a two-level coupler such as a natural or artificial atom.

关键词： multiplex controlled phase gate circuit QED

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