Использование несоставных квантовых систем в квантовой информатике

Традиционно, в качестве элементарных строительных блоков для реализации квантовых вычислений рассматриваются кубиты – квантовые системы с двумя различимыми состояниями. Однако, с математической точки зрения пространство состояний составной системы, состоящей из нескольких кубитов, идентично пространству состояний одиночной многоуровневой системы. Данный явление, с одной стороны, позволяет рассматривать различные характеристики составных квантовых состояний (например, квантовую запутанность) в рамках одной неделимой квантовой системы, а с другой стороны – открывает возможность использования многоуровневых систем в качестве ресурса для реализации квантовых вычислений. В докладе пойдет речь об использовании 4-х, 5-ти, 7-ми и 8-ми -уровневых систем для реализации различных двух- и трехкубитных операций, включая алгоритм Дойча-Джоза и алгоритм проверки четности. По материалам кандидатской диссертации, а также статьям E.O. Kiktenko, A.K. Fedorov, A.A. Strakhov, and V.I. Man'ko Phys. Lett. A 379, 1409 (2015) E.O. Kiktenko, A.K. Fedorov, O.V. Man'ko, and V.I. Man'ko Phys. Rev. A 91, 042312 (2015) E.O. Kiktenko, A.K. Fedorov and V.I. Man'ko Quantum Meas. Quantum Metrol. 3, 15 (2016) A.A. Popov, E.O. Kiktenko, A.K. Fedorov, V.I. Man'ko arXiv:1610.05576 (2016)