Generalized methods for the development of quantum logic gates for an NMR quantum information processor

托夫利门 物理 量子门 量子位元 旋转 量子计算机 量子力学 量子电路 拓扑(电路) 量子 量子纠错 凝聚态物理 组合数学 数学
作者
Mark D. Price,Shyamal Somaroo,A. E. Dunlop,Timothy F. Havel,David G. Cory
出处
期刊:Physical Review A [American Physical Society]
卷期号:60 (4): 2777-2780 被引量:63
标识
DOI:10.1103/physreva.60.2777
摘要

Logic gates such as the controlled-NOT (c-NOT) and Toffoli gates play a key role in quantum information processing (QIP) and quantum computing. A natural extension of such gates would necessarily operate on one quantum bit (qubit) conditional on the state of the remaining qubits in the system. We show that such selective gates, termed $(\mathrm{controlled}{)}^{n}\ensuremath{-}\mathrm{NOT}$ gates, or ${\mathrm{c}}^{n}\ensuremath{-}\mathrm{NOT}$ gates, are convenient in nuclear magnetic resonance (NMR) implementations of QIP and are straightforward to implement. NMR pulse sequences for these gates can be built using classical methods as well as insights from geometric algebra. These methods yield equivalent NMR pulse sequences for the generation of ${\mathrm{c}}^{n}\ensuremath{-}\mathrm{NOT}$ gates for any number of control spins. In this work, a catalog of ${\mathrm{c}}^{n}\ensuremath{-}\mathrm{NOT}$ gates for systems of as many as 16 spins is provided along with an experimental implementation of a ${\mathrm{c}}^{3}\ensuremath{-}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{T}$ gate on a four spin system, ${}^{13}\mathrm{C}$ alanine.

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