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Acta Physica Sinica

Realization of the Pauli gate based on superposition of the composite solitons via cold atomic medium

LI Wenzhuo, QIN Lu, ZHANG Yingying, Yanfen Zhou, LIU Lu, Shi Zeyun, Zuelue Zhu, Liu Wuming, ZHAO Xingdong

Published Sep 4, 2026• 0 citations

Abstract

多态量子逻辑门为提高信息编码维度和增强光场调控能力提供了新思路。我们提出通过复合孤子叠加实现三态量子泡利(Pauli)门的方案。本文考虑倒Ψ型五能级冷原子系统，利用奇异微扰展开法推导出三分量耦合非线性薛定谔(nonlinear Schrödinger,NLS)方程。量子态的单个量子比特由NLS方程的精确复合孤子解的分量定义。通过适当的旋转操作，在单个量子比特上实现Pauli-X、Pauli-Y和Pauli-Z操作。进一步以暗-亮-亮型三分量复合孤子作为单个量子比特，分析其自由传播及门操作。结果表明，Pauli-X门可实现分量间交换，Pauli-Y门在分量交换过程中引入相位调制，Pauli-Z门实现相位翻转。本文利用三分量复合孤子叠加态实现三态逻辑操作，为多态量子逻辑门和多通道光信息处理提供了新方案。

DOI: 10.7498/aps.76.20260973

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