Abstract

We present a general method to construct a universal set of quantum gates using probabilistic teleportation as a basic primitive. The technique generalizes the teleportation method of gate construction to partially entangled quantum channels. Without recourse to local filtering or entanglement concentration, using local rotation and CNOT operations followed by measurements in the computational basis, one can construct many encoded quantum operations with unit fidelity but less than unit probability. The technique can also be applied to the construction of remote quantum gates that cannot be directly performed.

© 2005 Chinese Optics Letters

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).
  2. D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfuter, and A. Zeilinger, Nature 390, 575 (1997).
  3. M. Murao, D. Jonathan, M. B. Plenio, and V. Vedral, Phys. Rev. A 59, 156 (1999).
  4. J. I. Cirac, A. Ekert, S. F. Huelga, and C. Macchiavello, Phys. Rev. A 59, 4294 (1999).
  5. A. Chefles, C. R. Gilson, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 63, 032314 (2001).
  6. C. H. Bennett, H. J. Bernstein, S. Popescu, and B. Schumacher, Phys. Rev. A. 53, 2046 (1996).
  7. S. Bose, V. Vedral, and P. L. Knight, Phys. Rev. A 57, 822 (1998).
  8. S. F. Huelga, J. A. Vaccaro, A. Chefles, and M. B. Plenio, Phys. Rev. A 63, 042303 (2001).
  9. D. Gottesman and I. L. Chuang, Nature 402, 390 (1999).
  10. L. Vaidman and N. Yoran, Phys. Rev. A 59, 116 (1999).
  11. N. Lutkenhaus, J. Calsamiglia, and K.-A. Suominen, Phys. Rev. A 59, 3295 (1999).
  12. J. Calsamiglia and N. Lutkenhaus, arXiv: quant-ph/0007058 (2000).
  13. X. Zhou, D. W. Leung, and I. L. Chuang, Phys. Rev. A 62, 052316 (2000).
  14. W.-L. Li, C.-F. Li, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 61, 034301 (2000).
  15. T. Mor and P. Horodecki, arXiv: quant-ph/9906039 (1999).
  16. P. Agrawal and A. K. Pati, arXiv: quant-ph/0210004 (2002).
  17. S. Bandyopadhyay, Phys. Rev. A 62, 012308 (2000).
  18. M. A. Nielsen and I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge University Press, Cambridge, 2000) p.213.
  19. C. H. Bennett, G. Brassard, S. Popescu, B. Schumacher, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 76, 722 (1996).
  20. C. H. Bennett, D. P. DiVincenzo, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. A 54, 3824 (1996).
  21. H.-J. Briegel, W. Dur, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 81, 5932 (1998).
  22. W. Dur, H. J. Briegel, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. A 59, 169 (1999).

2001 (2)

S. F. Huelga, J. A. Vaccaro, A. Chefles, and M. B. Plenio, Phys. Rev. A 63, 042303 (2001).

A. Chefles, C. R. Gilson, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 63, 032314 (2001).

2000 (3)

X. Zhou, D. W. Leung, and I. L. Chuang, Phys. Rev. A 62, 052316 (2000).

W.-L. Li, C.-F. Li, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 61, 034301 (2000).

S. Bandyopadhyay, Phys. Rev. A 62, 012308 (2000).

1999 (6)

D. Gottesman and I. L. Chuang, Nature 402, 390 (1999).

L. Vaidman and N. Yoran, Phys. Rev. A 59, 116 (1999).

N. Lutkenhaus, J. Calsamiglia, and K.-A. Suominen, Phys. Rev. A 59, 3295 (1999).

M. Murao, D. Jonathan, M. B. Plenio, and V. Vedral, Phys. Rev. A 59, 156 (1999).

J. I. Cirac, A. Ekert, S. F. Huelga, and C. Macchiavello, Phys. Rev. A 59, 4294 (1999).

W. Dur, H. J. Briegel, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. A 59, 169 (1999).

1998 (2)

S. Bose, V. Vedral, and P. L. Knight, Phys. Rev. A 57, 822 (1998).

H.-J. Briegel, W. Dur, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 81, 5932 (1998).

1997 (1)

D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfuter, and A. Zeilinger, Nature 390, 575 (1997).

1996 (3)

C. H. Bennett, H. J. Bernstein, S. Popescu, and B. Schumacher, Phys. Rev. A. 53, 2046 (1996).

C. H. Bennett, G. Brassard, S. Popescu, B. Schumacher, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 76, 722 (1996).

C. H. Bennett, D. P. DiVincenzo, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. A 54, 3824 (1996).

1993 (1)

C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).

Bandyopadhyay, S.

S. Bandyopadhyay, Phys. Rev. A 62, 012308 (2000).

Barnett, S. M.

A. Chefles, C. R. Gilson, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 63, 032314 (2001).

Bennett, C. H.

C. H. Bennett, H. J. Bernstein, S. Popescu, and B. Schumacher, Phys. Rev. A. 53, 2046 (1996).

C. H. Bennett, G. Brassard, S. Popescu, B. Schumacher, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 76, 722 (1996).

C. H. Bennett, D. P. DiVincenzo, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. A 54, 3824 (1996).

C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).

Bernstein, H. J.

C. H. Bennett, H. J. Bernstein, S. Popescu, and B. Schumacher, Phys. Rev. A. 53, 2046 (1996).

Bose, S.

S. Bose, V. Vedral, and P. L. Knight, Phys. Rev. A 57, 822 (1998).

Bouwmeester, D.

D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfuter, and A. Zeilinger, Nature 390, 575 (1997).

Brassard, G.

C. H. Bennett, G. Brassard, S. Popescu, B. Schumacher, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 76, 722 (1996).

C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).

Briegel, H. J.

W. Dur, H. J. Briegel, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. A 59, 169 (1999).

Briegel, H.-J.

H.-J. Briegel, W. Dur, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 81, 5932 (1998).

Calsamiglia, J.

N. Lutkenhaus, J. Calsamiglia, and K.-A. Suominen, Phys. Rev. A 59, 3295 (1999).

Chefles, A.

A. Chefles, C. R. Gilson, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 63, 032314 (2001).

S. F. Huelga, J. A. Vaccaro, A. Chefles, and M. B. Plenio, Phys. Rev. A 63, 042303 (2001).

Chuang, I. L.

X. Zhou, D. W. Leung, and I. L. Chuang, Phys. Rev. A 62, 052316 (2000).

D. Gottesman and I. L. Chuang, Nature 402, 390 (1999).

Cirac, J. I.

J. I. Cirac, A. Ekert, S. F. Huelga, and C. Macchiavello, Phys. Rev. A 59, 4294 (1999).

W. Dur, H. J. Briegel, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. A 59, 169 (1999).

H.-J. Briegel, W. Dur, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 81, 5932 (1998).

Crepeau, C.

C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).

DiVincenzo, D. P.

C. H. Bennett, D. P. DiVincenzo, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. A 54, 3824 (1996).

Dur, W.

W. Dur, H. J. Briegel, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. A 59, 169 (1999).

H.-J. Briegel, W. Dur, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 81, 5932 (1998).

Eibl, M.

D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfuter, and A. Zeilinger, Nature 390, 575 (1997).

Ekert, A.

J. I. Cirac, A. Ekert, S. F. Huelga, and C. Macchiavello, Phys. Rev. A 59, 4294 (1999).

Gilson, C. R.

A. Chefles, C. R. Gilson, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 63, 032314 (2001).

Gottesman, D.

D. Gottesman and I. L. Chuang, Nature 402, 390 (1999).

Guo, G. C.

W.-L. Li, C.-F. Li, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 61, 034301 (2000).

Huelga, S. F.

S. F. Huelga, J. A. Vaccaro, A. Chefles, and M. B. Plenio, Phys. Rev. A 63, 042303 (2001).

J. I. Cirac, A. Ekert, S. F. Huelga, and C. Macchiavello, Phys. Rev. A 59, 4294 (1999).

Jonathan, D.

M. Murao, D. Jonathan, M. B. Plenio, and V. Vedral, Phys. Rev. A 59, 156 (1999).

Jozsa, R.

C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).

Knight, P. L.

S. Bose, V. Vedral, and P. L. Knight, Phys. Rev. A 57, 822 (1998).

Leung, D. W.

X. Zhou, D. W. Leung, and I. L. Chuang, Phys. Rev. A 62, 052316 (2000).

Li, C.-F.

W.-L. Li, C.-F. Li, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 61, 034301 (2000).

Li, W.-L.

W.-L. Li, C.-F. Li, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 61, 034301 (2000).

Lutkenhaus, N.

N. Lutkenhaus, J. Calsamiglia, and K.-A. Suominen, Phys. Rev. A 59, 3295 (1999).

Macchiavello, C.

J. I. Cirac, A. Ekert, S. F. Huelga, and C. Macchiavello, Phys. Rev. A 59, 4294 (1999).

Mattle, K.

D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfuter, and A. Zeilinger, Nature 390, 575 (1997).

Murao, M.

M. Murao, D. Jonathan, M. B. Plenio, and V. Vedral, Phys. Rev. A 59, 156 (1999).

Pan, J. W.

D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfuter, and A. Zeilinger, Nature 390, 575 (1997).

Peres, A.

C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).

Plenio, M. B.

S. F. Huelga, J. A. Vaccaro, A. Chefles, and M. B. Plenio, Phys. Rev. A 63, 042303 (2001).

M. Murao, D. Jonathan, M. B. Plenio, and V. Vedral, Phys. Rev. A 59, 156 (1999).

Popescu, S.

C. H. Bennett, H. J. Bernstein, S. Popescu, and B. Schumacher, Phys. Rev. A. 53, 2046 (1996).

C. H. Bennett, G. Brassard, S. Popescu, B. Schumacher, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 76, 722 (1996).

Schumacher, B.

C. H. Bennett, G. Brassard, S. Popescu, B. Schumacher, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 76, 722 (1996).

C. H. Bennett, H. J. Bernstein, S. Popescu, and B. Schumacher, Phys. Rev. A. 53, 2046 (1996).

Smolin, J. A.

C. H. Bennett, G. Brassard, S. Popescu, B. Schumacher, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 76, 722 (1996).

C. H. Bennett, D. P. DiVincenzo, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. A 54, 3824 (1996).

Suominen, K.-A.

N. Lutkenhaus, J. Calsamiglia, and K.-A. Suominen, Phys. Rev. A 59, 3295 (1999).

Vaccaro, J. A.

S. F. Huelga, J. A. Vaccaro, A. Chefles, and M. B. Plenio, Phys. Rev. A 63, 042303 (2001).

Vaidman, L.

L. Vaidman and N. Yoran, Phys. Rev. A 59, 116 (1999).

Vedral, V.

M. Murao, D. Jonathan, M. B. Plenio, and V. Vedral, Phys. Rev. A 59, 156 (1999).

S. Bose, V. Vedral, and P. L. Knight, Phys. Rev. A 57, 822 (1998).

Weinfuter, H.

D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfuter, and A. Zeilinger, Nature 390, 575 (1997).

Wootters, W. K.

C. H. Bennett, D. P. DiVincenzo, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. A 54, 3824 (1996).

C. H. Bennett, G. Brassard, S. Popescu, B. Schumacher, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 76, 722 (1996).

C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).

Yoran, N.

L. Vaidman and N. Yoran, Phys. Rev. A 59, 116 (1999).

Zeilinger, A.

D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfuter, and A. Zeilinger, Nature 390, 575 (1997).

Zhou, X.

X. Zhou, D. W. Leung, and I. L. Chuang, Phys. Rev. A 62, 052316 (2000).

Zoller, P.

W. Dur, H. J. Briegel, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. A 59, 169 (1999).

H.-J. Briegel, W. Dur, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 81, 5932 (1998).

Nature (2)

D. Bouwmeester, J. W. Pan, K. Mattle, M. Eibl, H. Weinfuter, and A. Zeilinger, Nature 390, 575 (1997).

D. Gottesman and I. L. Chuang, Nature 402, 390 (1999).

Phys. Rev. A (12)

L. Vaidman and N. Yoran, Phys. Rev. A 59, 116 (1999).

N. Lutkenhaus, J. Calsamiglia, and K.-A. Suominen, Phys. Rev. A 59, 3295 (1999).

M. Murao, D. Jonathan, M. B. Plenio, and V. Vedral, Phys. Rev. A 59, 156 (1999).

J. I. Cirac, A. Ekert, S. F. Huelga, and C. Macchiavello, Phys. Rev. A 59, 4294 (1999).

A. Chefles, C. R. Gilson, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 63, 032314 (2001).

X. Zhou, D. W. Leung, and I. L. Chuang, Phys. Rev. A 62, 052316 (2000).

W.-L. Li, C.-F. Li, and G. C. Guo, Phys. Rev. A 61, 034301 (2000).

S. Bose, V. Vedral, and P. L. Knight, Phys. Rev. A 57, 822 (1998).

S. F. Huelga, J. A. Vaccaro, A. Chefles, and M. B. Plenio, Phys. Rev. A 63, 042303 (2001).

S. Bandyopadhyay, Phys. Rev. A 62, 012308 (2000).

C. H. Bennett, D. P. DiVincenzo, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. A 54, 3824 (1996).

W. Dur, H. J. Briegel, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. A 59, 169 (1999).

Phys. Rev. A. (1)

C. H. Bennett, H. J. Bernstein, S. Popescu, and B. Schumacher, Phys. Rev. A. 53, 2046 (1996).

Phys. Rev. Lett. (3)

H.-J. Briegel, W. Dur, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 81, 5932 (1998).

C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).

C. H. Bennett, G. Brassard, S. Popescu, B. Schumacher, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 76, 722 (1996).

Other (4)

J. Calsamiglia and N. Lutkenhaus, arXiv: quant-ph/0007058 (2000).

M. A. Nielsen and I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge University Press, Cambridge, 2000) p.213.

T. Mor and P. Horodecki, arXiv: quant-ph/9906039 (1999).

P. Agrawal and A. K. Pati, arXiv: quant-ph/0210004 (2002).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.