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Arbitrary d-dimensional Pauli X gates of a flying qudit

机译：飞行QUDIT的任意D维Pauli X门

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High-dimensional degrees of freedom of photons can encode more quantum information than their twodimensional counterparts. While the increased information capacity has advantages in quantum applications (such as quantum communication), controlling and manipulating these systems has been challenging. Here we show a method to perform deterministic arbitrary high-dimensional Pauli X gates for single photons carrying orbital angular momentum. The X gate consists of a cyclic permutation of qudit basis vectors and, together with the Z gate, forms the basis for performing arbitrary transformations. The proposed experimental setups only use two basic optical elements such as mode sorters and mode shifters and thus could be implemented in any system where these experimental tools are available. Furthermore the number of involved interferometers scales logarithmically with the dimension, which is important for practical implementation.
机译：高尺度的光子自由度可以编码比其两模对应物更多的量子信息。 虽然增加的信息容量在量子应用中具有优势（例如量子通信），但控制和操纵这些系统已经具有挑战性。 在这里，我们示出了用于对携带轨道角动量的单个光子执行确定性任意高维保利X门的方法。 X门由QUDIT基向量的循环置换和Z门组成，形成执行任意变换的基础。 所提出的实验设置仅使用两个基本光学元件，例如模式分拣机和模式移位器，因此可以在这些实验工具可用的任何系统中实现。 此外，涉及的干涉仪的数量用尺寸对数进行缩放，这对于实际实现很重要。

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