MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798286442591
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31846040
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530.1
■1001  ▼aSingh,  Shraddha.
■24510▼aQuantum  Computing  in  Discrete-  and  Continuous-Variable  Architectures
■260    ▼a[Sl]▼bYale  University▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a299  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-12,  Section:  A.
■500    ▼aAdvisor:  Girvin,  Steven  M.;Puri,  Shruti.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Yale  University,  2025.
■520    ▼aThis  dissertation  develops  a  theoretical  framework  for  hybrid  discrete-variable  (DV)  and  continuous-variable  (CV)  quantum  systems,  focusing  on  control,  state  preparation,  and  error  correction.  Quantum  computing  holds  the  potential  to  surpass  classical  computation  in  tasks  such  as  factorization,  secure  communication,  and  quantum  simulation.  Hybrid  CV-DV  systems  offer  a  promising  path  by  combining  the  stability  and  long  coherence  times  of  oscillators  with  the  fast  gate  operations  of  qubits.A  central  contribution  of  this  work  is  the  development  of  "non-abelian  quantum  signal  processing"  (NA-QSP),  a  generalization  of  quantum  signal  processing  (QSP)  [1]  where  the  control  parameters  are  non-commuting  quantum  operators,  such  as  oscillator  position  and  momentum.  We  introduce  the  "Gaussian-Controlled-Rotation"  (GCR)  technique,  the  first  non-abelian  composite  pulse  sequence  that  enables  precise  control  of  CV  states  using  DV  ancillae.  GCR  outperforms  traditional  composite  pulse  sequences  in  terms  of  gate  fidelity  and  robustness  to  control  errors.  This  framework  can  be  extended  to  quantum  singular  value  transformation  (QSVT).  In  light  of  understanding  the  CV  instruction  set,  we  also  propose  the  Gaussian  hierarchy  for  CV  operations,  a  classification  of  CV  operations,  analogous  to  the  Clifford  hierarchy  for  qubits,  and  raise  open  questions  about  the  comparison  and  mapping  between  the  two  hierarchies.The  dissertation  also  addresses  deterministic  state  preparation  in  oscillators,  including  squeezed  states,  two-legged  and  four-legged  cat  states,  and  Gottesman-Kitaev-Preskill  (GKP)  states.  The  GCR  technique  enables  high-fidelity  preparation  of  these  states,  which  are  essential  for  quantum  simulation  and  error  correction,  without  the  need  for  numerical  optimizers.  A  key  challenge  in  oscillator-based  architectures  is  photon  loss,  which  degrades  state  coherence.  This  work  analyzes  probabilistic  error  correction  for  photon  loss  in  finite-energy  GKP  codes,  introducing  the  concept  of  'probabilistic  distance'  to  quantify  error  correction  performance  of  the  recent  GKP  experiments  showing  promising  realizations  of  beyond  break-even  error  correction  for  qudits.The  dissertation  further  explores  high-fidelity  universal  control  of  error-corrected  qubits  encoded  in  oscillators.  It  introduces  protocols  for  high-fidelity  logical  readout  in  the  presence  of  residual  errors  and  a  pieceable  error-corrected  gate  teleportation.  A  key  finding  is  that  logical  operations  on  GKP  qubits  using  our  scheme  can  achieve  high  fidelity  using  GCR,  even  in  the  presence  of  errors,  with  a  biased-noise  ancilla.  The  extension  of  GCR  to  multi-mode  systems  enables  efficient  entangling  gates  and  error-corrected  two-qubit  rotations.  Our  schemes  are  generalizable  to  arbitrary  qubit  as  well  as  qudit  GKP  lattices.We  also  explore  how  oscillator  codes  can  reduce  resource  overheads  in  fault-tolerant  quantum  computing,  alongside  potential  applications  of  a  hybrid  CV-DV  architecture.  To  this  end,  we  also  present  a  quantum  phase  estimation  compilation  using  an  ancillary  oscillator  and  a  non-abelian  QSP-based  circuit,  demonstrating  the  utility  of  the  thesis  framework  for  hybrid  CV-DV  algorithms.  The  dissertation  establishes  NA-QSP  as  a  foundation  for  hybrid  CV-DV  quantum  control,  state  preparation,  and  GKP-based  error  correction,  laying  the  groundwork  for  scalable  fault-tolerant  quantum  computation  in  CV-DV  architectures.
■590    ▼aSchool  code:  0265.
■650  4▼aQuantum  physics
■650  4▼aApplied  physics
■650  4▼aInformation  science
■653    ▼aContinuous  variable
■653    ▼aError  correction
■653    ▼aFault  tolerance
■653    ▼aQuantum  computing
■653    ▼aQuantum  control
■690    ▼a0599
■690    ▼a0723
■690    ▼a0215
■71020▼aYale  University▼bApplied  Physics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-12A.
■790    ▼a0265
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17356780▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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