Non-perturbative gadget for topological quantum codes
多体纠缠系统，特别是拓扑有序的自旋系统被提出作为量子信息处理任务的资源，通常涉及高度非局域相互作用项。虽然可以通过微扰的两体相互作用来近似这样的系统，但是这些方法在实践中具有许多缺点。在这里，我们提出了一个方案来模拟多体自旋哈密顿与两体哈密顿非微扰。与以前的方法不同，我们的哈密顿量不仅是精确的基态简并精确可解，而且还支持完全局域化的准粒子激发，这是理想的量子信息处理任务。我们的构造仅限于模拟复曲面码和量子双模型，但推广到其他非局域自旋哈密顿量是可能的。
2011-11-03 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum Optimization on Rydberg Atom Arrays with Arbitrary Connectivity: Gadgets Limitations and a Heuristic Approach
Pasqal（帕斯卡尔）
本研究提出了一种在具有任意连接性的瑞利德原子阵列上进行量子优化的启发式方法，通过分治策略减少计算开销并提高解决方案的近似保证。
2025-11-12 quant-ph
Analogue quantum simulation with polylogarithmic interaction strengths by extrapolating within phases of matter
University of Copenhagen（哥本哈根大学）
本文通过在物质相内插值得到多项式交互强度的类量子模拟，展示如何通过经典后处理减少非临界系统所需的交互强度缩放。
2026-05-11 quant-ph
Resource Efficient Gadgets for Compiling Adiabatic Quantum Optimization Problems
我们开发了一种资源有效的方法，通过该方法可以将任意k-局部优化哈密顿量的基态编码为（k-1）-局部优化哈密顿量的基态。这个结果很重要，因为绝热量子算法通常最容易使用多体相互作用来制定，但实验上可用的相互作用通常是2体。在这种情况下，约简小工具的效率是通过所需的辅助量子比特的数量以及实现所得哈密顿量所需的控制精度来衡量的。首先，我们优化了应用这些小工具的方法，以获得2-本地哈密顿使用尽可能少的辅助量子比特。接下来，我们展示了一种新的减少小工具，最大限度地减少控制精度和启发式，使用这个小工具编译3-本地问题的控制精度显着降低。最后，我们提出了数值计算，这表明实施随机生成的，3体优化的哈密顿量相比，在文献中的其他方法所需的资源大幅减少。
2013-07-30 quant-ph
Hamiltonian gadgets with reduced resource requirements
量子计算的绝热模型的应用需要将计算问题的解有效地编码为支持通用绝热量子计算的哈密顿量的最低本征态。实验系统通常限于受限形式的2体相互作用。因此，通用的绝热量子计算需要一种方法来近似量子多体哈密顿直到任意的光谱误差使用最多2体相互作用。大约十年前推出的汉密尔顿小工具提供了满足这一要求的唯一当前手段。虽然自引入以来，哈密顿小工具的应用稳步增长，但在克服小工具本身的局限性方面几乎没有取得进展。在这个实验动机的理论研究中，我们介绍了几个小工具，需要显着更现实的控制参数比类似的小工具在文献中。我们采用的分析技术，导致在减少的资源缩放作为常用的细分，3至2体和$k$体小工具的光谱误差的函数。因此，我们的改进减少了使用这些通用小工具的所有证明和实验提案的资源需求。接下来，我们数值优化这些新的小工具，以说明我们的分析界限的紧密性。最后，我们介绍了一个新的小工具，模拟$YY$相互作用项使用哈密顿只包含$\{X,Z,XX,ZZ\}$条款。除了在理论背景下可能产生的影响外，这项工作还可以通过在不引入额外辅助量子位的情况下要求更低的控制精度来对这些关键构建块的第一次实验实施有用。
2015-01-20 quant-ph
Explicit construction of low-overhead gadgets for gates on quantum LDPC codes
Iceberg Quantum（Iceberg量子）
本文提出了一种用于量子低密度奇偶校验码的低开销构造方法，可有效减少空间开销，适用于实用规模量子计算。
2025-11-20 quant-ph
Flag Gadgets based on Classical Codes
本文提出基于经典码的旗标辅助装置设计框架，实现任意距离稳定子码的容错症状提取，所需量子比特数较传统方法呈指数级减少，并支持单装置测量多个稳定子，适用于量子LDPC码及近期小规模实验。
2024-02-20 quant-ph
Simulating highly nonlocal Hamiltonians with less nonlocal Hamiltonians
在量子计算的各种应用中出现了对具有多体相互作用的哈密顿量的需要。然而，超越两体的相互作用很难在实验上实现。微扰小工具被引入，以获得任意的多体有效的相互作用，使用哈密顿与两体相互作用。虽然对任意的$k$ -物体相互作用都有效，但它们的使用仅限于小的$k$，因为相互作用的强度在微扰论中是$k$的第阶。在本文中，我们开发了一种非微扰技术，用于获得有效的$k$体相互作用使用的哈密顿量组成的最多$l$体相互作用与$l<k$。这种技术最适合于与非常大的$k$有一些相互作用的哈密顿算子，并且可以与微扰小工具一起使用，以将相当复杂的哈密顿算子嵌入到两个局部哈密顿算子的适当子空间中。我们描述了我们的技术如何可以实现在一个混合（基于门和绝热），以及单独的绝热量子计算计划。
2016-01-12 quant-ph
Near-optimal high-rate surgery from linear PCPPs
Xanadu
针对量子LDPC码手术，提出一种通用方法设计高速率辅助装置，其规模近最优，可并行测量子码中所有逻辑算符，并保持容错距离，与线性PCPPs建立联系。
2026-09-24 quant-ph
Asymmetric Bidirectional Quantum Teleportation: Arbitrary bi-modal Information State
本文提出一种利用簇态和线性光学器件实现非对称双向量子隐形传态的策略，可在发送方与接收方间同时传送任意双模纠缠相干态与薛定谔猫相干态，并证明强相干光场下保真度趋近于1。
2024-09-26 quant-ph
Perturbation Gadgets: Arbitrary Energy Scales from a Single Strong Interaction
在这项工作中，我们提出了一个多体哈密顿量的建设，只介绍了一个单独的能量尺度的顺序$Θ(1/N^{2+δ})$，一个小参数$δ>0$，和$N$条款的目标哈密顿量。在其低能量子空间中，该构造可以以相对精度内的范数比$r=\max_{i,j\in\{1,\ldots,N\}}\|h_i\| / \| h_j \|=O(\exp(\exp(\mathrm{poly} n)))$与$O(N^{-δ})$逼近任何规范化目标汉密尔顿$H_\mathrm{t}=\sum_{i=1}^N h_i$。这是以增加最多一个局部性为代价的，并且为每个耦合添加最多尺寸的辅助系统;辅助系统上的相互作用是几何局部的，并且可以是几何不变的。作为一个应用程序，我们讨论了影响QMA硬度的局部哈密顿问题，并认为，“几乎”平移不变性定义为任意小的相对变化的强度的局部条款是一样好的非平移不变性在整个哈密顿复杂性理论中使用的许多建设。我们还证明了多体系统的齿轮极限的选择，例如晶格的宽度和高度在特定关系中取为无穷大，可以具有不同的复杂性理论含义：即使对于非线性不变模型，改变齿轮限制也可以改变相对于给定的承诺间隙找到基态能量的难度，从计算上微不足道到QMAEXP-，甚至是BQEXPSPACE完备的。
2019-12-01 cond-mat.other math-ph math.MP
Perturbative 2-body Parent Hamiltonians for Projected Entangled Pair States
我们构建父哈密顿只涉及本地2体相互作用的广泛的一类投影纠缠对态（PEPS）。利用微扰小工具技术，我们定义了一个微扰哈密顿作用于虚拟PEPS空间与有限阶低能量有效哈密顿，这是一个缺口，挫折免费的父哈密顿所需的PEPS的编码版本。对于拓扑有序的PEPS，低能量有效哈密顿量的地面空间被证明是在相同的相位作为所需的状态的所有订单的微扰理论。作为一个具体的例子，我们构造了双半子弦网络基态的编码父哈密顿量。
2014-12-23 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum homomorphic encryption for polynomial-sized circuits
我们提出了一种新的量子同态加密方案，该方案是紧凑的，并允许有效地评估任意多项式大小的量子线路。基于Broadbent和Jeffery的框架以及瞬时非局域量子计算领域的最新成果，我们展示了如何构建量子小工具，以完美地纠正加密量子数据上T门同态评估期间发生的错误。我们的方案可以基于任何经典的（分级）全同态加密（FHE）方案，并且除了经典方案已经使用的那些之外，不需要任何计算假设。我们的量子小工具的大小取决于经典解密函数的空间复杂度-这与当前最小化解密函数复杂度的努力非常一致。我们的方案（或它的轻微变体）提供了一些额外的优势，如理想的紧凑性，能够提供小工具“按需”，电路隐私的评估对被动的对手，和一个三轮计划盲目委托量子计算，只提出了非常有限的要求对客户端的量子能力。
2016-06-24 cs.CR quant-ph
A perturbative approach to calculating the Casimir force in fluctuating scalar and vector fields
基于微扰方法，得到了任意形状物体间Casimir力的磁化率函数的级数展开式.导出了温度修正，并与散射法中弱耦合区的结果进行了一阶比较。本文还研究了将其推广到有质量向量场的问题。
2012-07-11 quant-ph
Adiabatic Quantum Simulation of Quantum Chemistry
我们展示了如何将量子绝热算法直接应用于分子性质的量子计算。我们描述了一个程序，以映射电子结构的哈密顿量的2-本地量子比特哈密顿量与一个小的物理可实现的耦合。通过结合Bravyi-Kitaev构造将费米子映射到量子位，并使用微扰小工具将哈密顿量降低到2-本地，我们获得了耦合强度和一些辅助量子位的精度要求，这些量子位在问题大小中呈多项式形式。因此，我们的映射是有效的。所需的一组可控的相互作用，包括只有两种类型的相互作用以外的伊辛相互作用所需的量子绝热算法的组合优化问题。我们的映射也可能是化学家直接感兴趣的，因为它定义了一个字典，从电子结构到自旋哈密顿与物理相互作用。
2013-12-19 quant-ph
Unidirectional Cyclic Quantum Teleportation of Arbitrary Schrodinger Cat Coherent-states via Bell Coherent-States
该研究以三个 Bell 相干态簇为信道，结合线性光学器件与光子数分辨探测，实现三方间任意薛定谔猫相干态的单向循环量子隐形传态，并分析保真及近保真情形的成功概率。
2024-03-03 physics.optics quant-ph
Quantum adiabatic elimination at arbitrary order for photon number measurement
绝热消去是一种基于时间尺度分离的微扰模型降阶技术，常用于简化复合量子系统的描述。我们在这里分析了一个量子实验，其中微扰展开可以进行到任意阶，使得：（i）我们可以最终以量子形式制定精确的简化模型;（ii）由于该系列为越来越大的参数值提供了准确性，我们可以放弃时标分离的任何条件，从而分析实际实验表现最好的中间状态;（iii）我们可以澄清一些规范自由度在这种模型简化技术中的作用。
2020-01-08 quant-ph
Precision of quantum simulation of all-to-all coupling in a local architecture
我们提出了一个简单的2d局部电路，实现所有的相互作用，通过微扰的小工具。我们找到了所需相互作用的值$J_{ij}$与二维电路参数之间的解析关系，以及量子谱中误差的表达式。为了使相对误差为恒定的$ε$，需要能量尺度随着量子位数的$n^6$增长，或者等效地，控制精度高达$ n^{-6}$。我们的证明是基于Schriffal-Wolff变换和推广到任何硬件。在目前可用的体系结构中，$5$控制精度位数足以满足$n=40,~ ε=0.1$的要求。比较我们的建设，被称为顺磁树，在未成年人嵌入使用的铁磁链，我们发现，在链长$>3$的性能未成年人嵌入下降指数链的长度，而我们的建设经验只有一个多项式减少。
2023-02-05 quant-ph
Non-Perturbative Vibrational Excitation by Arbitrary Electric Fields from Classical Phase-Space Dynamics
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
该研究提出基于经典相空间动力学的非微扰框架，可处理任意时变电场下分子振动激发问题，适用于强弱场，为超快光谱非微扰态制备提供支撑。
2026-10-09 physics.chem-ph quant-ph
Perturbative quantum error correction
我们推导出简单的充分必要条件，在此条件下，从任意扰动的身份获得的量子信道可以被逆转的一个给定的代码的保真度的最低阶。我们发现通常的Knill-Laflamme条件适用于某个算子子空间，对于一般的扰动，由Lindblad算子产生。对于与环境的弱相互作用，要校正的误差空间是由环境的初始状态选择的相互作用算子所跨越的子空间。
2011-07-04 quant-ph
Non-perturbative effects in corrections to quantum master equation arising in Bogolubov-van Hove limit
本文研究了{ Gorini-Kossakowski-Sudarshan-林德布拉德方程在弱耦合极限下的微扰修正。本文讨论了零温旋波近似下的自旋玻色子模型。我们表明，扰动部分的密度矩阵满足时间无关的Gorini-Kossakowski-Sudarshan-林德布拉德方程的任意阶的扰动理论（如果所有的时刻的水库关联函数是有限的）。但是，为了在长时间内重现正确的渐近精度，应该使用与精确动力学不同的初始条件。此外，我们还证明了在某些共振条件下，这个主方程的初始条件甚至不是密度矩阵。
2021-05-23 quant-ph
Strong Field Ionization in Arbitrary Laser Polarizations
本文提出了一种数值方法来研究光与二维原子的非微扰量子力学相互作用。这使我们能够研究强烈的激光原子相互作用与任意偏振的光没有近似。结果电离和高次谐波产生的椭圆率在最近的实验中看到的依赖。强有力的证据表明，在圆偏振稳定。
1997-08-20 quant-ph
Unitary evolution of a pair of Unruh-DeWitt detectors calculated efficiently to an arbitrary perturbative order
Unruh-DeWitt哈密顿量将标量场与作为粒子探测器模型的二能级原子耦合。两个这样的探测器由不同的观察者持有，沿着一般的轨迹，可以用来研究量子场论中的纠缠行为。由于缺乏其他方法，幺正演化必须进行微扰研究，即使在低微扰阶下也相当耗时。在这里，我们完全解决了这个问题，并提出了一个简单的算法的基础上的线性丢番图方程组的解决方案的微扰计算。该算法以多项式形式运行，具有微扰阶。这应该与标量φ ^[4]理论中微扰贡献的数量形成对比，因为我们知道标量φ ^[4]理论中微扰贡献的数量是按阶乘增长的。说到φ ^4模型，我们可以得到一个受欢迎的附带结果，它可以机械地（几乎是无意识地）计算相互作用标量φ ^n理论，而不必求助于费曼图。我们证明了一个典型的教科书上的例子，两个相互作用的领域n= 3，4。
2018-02-07 gr-qc hep-th math-ph
Perturbative Framework for Engineering Arbitrary Floquet Hamiltonian
基于Floquet-Magnus展开发展微扰框架，通过添加高阶驱动势抑制误差，实现任意目标哈密顿量的工程化，并应用于多组分猫态简并本征态，支持容错玻色子量子计算。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.app-ph
Non-perturbative simple-generated interactions with a quantum field for arbitrary Gaussian states
本文推广二能级探测器与相对论标量场的非微扰简单生成相互作用模型，将其扩展至任意相干与压缩组合的高斯态，并实现相互作用后场态 Rényi 熵及 von Neumann 熵的精确计算。
2023-04-14 gr-qc hep-th quant-ph
Non-perturbative theory of spontaneous parametric down-conversion in open and dispersive optical systems
提出基于格林函数量子化的非微扰理论，以描述任意损耗、色散和高增益条件下开放纳米非线性光学系统中的自发参量下转换，并通过集成未探测光子量子光谱学示例发现新的增益依赖效应。
2023-11-08 physics.optics quant-ph
A novel approach to perturbative calculations for a large class of interacting boson theories
本文提出了一种计算玻色子相互作用拉格朗日量的任意微扰阶相互作用S矩阵的方法。该方法利用了以前未探索的$n$点格林函数和一定的线性丢番图方程系统之间的联系。通过找到系统的所有非负解，对于任意数量的相互作用场，对于任意微扰阶数（不管它是否有物理意义），对于一大类标量玻色子理论，微扰展开相互作用$S$ -矩阵的任务变得基本。该方法不依赖于基于位置的费曼图，并有望扩展到量子场论中典型研究的许多微扰模型。除了相互作用场的计算，我们展示了我们的方法，通过扩展一对Unruh-DeWitt检测器耦合到闵可夫斯基真空的任意微扰的顺序在耦合常数。我们还将我们的结果与Caianiello介绍的Hafnian联系起来，并给出了一种列出所有（2n-1）的方法！！2n阶完全图的完美匹配
2018-02-07 hep-th math-ph math.MP
Perturbative Semiclassical Trace Formulae for Harmonic Oscillators
在这篇文章中，我们扩展了以前的半经典研究，包括更一般的微扰势的谐振子在任意的空间维度。我们的出发点是一个径向调和势与任意偶单项式扰动，我们使用它来研究由此产生的$\mathrm{U}(D)$到$\mathrm{O}(D)$对称性破缺。我们从周期轨道理论导出了半经典谱的总体结构，其形式为微扰（$\hbar \rightarrow 0$）迹公式。然后，我们将展示如何将结果应用到偶数阶多项式电位，可能包括平均场项。我们得出的结论是，量子谱的总体结构是由这类系统的经典圆轨道和直径轨道决定的。
2015-03-02 math-ph math.MP quant-ph
Learning Logical Operations for Arbitrary Quantum Error Correction Codes
Fraunhofer IIS, Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS, Nuremberg, Germany（弗劳恩霍夫集成电路研究所（IIS），德国纽伦堡）；Pattern Recognition Lab, Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nuremberg, Erlangen, Germany（埃朗根-纽伦堡弗赖堡-亚历山大-大学模式识别实验室，德国埃朗根）；University of Technology Nuremberg (UTN), Nuremberg, Germany（纽伦堡技术大学（UTN），德国纽伦堡）；Center for Artificial Intelligence (CAIRO), Technical University of Applied Sciences Würzburg-Schweinfurt, Würzburg, Germany（人工智能中心（CAIRO），韦尔茨堡-施维茨应用技术大学，德国韦尔茨堡）
提出基于学习的框架，仅通过编码电路为任意量子纠错码构造具有横向性或浅深度等结构性质的逻辑操作，并扩展为变分早期容错量子计算（VarEFTQC）方法，用于协同设计非加性编码和逻辑门集。
2026-09-10 cs.LG quant-ph
Lifshitz Interaction between Dielectric Bodies of Arbitrary Geometry
本文提出了一种计算任意几何形状的电介质物体在小间距处的电磁涨落力的公式，作为电介质对比度的微扰展开。由此产生的Lifshitz能量自动呈现出不同多体贡献的级数展开形式。该公式的优点是，发散的贡献可以很容易地确定和减去，从而使一个方便的计划，现实的数值计算，这可能是有用的，在设计纳米尺度的机械设备。
2007-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
