The Structure of Higher-Order Quantum Resources with an Application to Coherence
Ulm University（乌尔姆大学）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST)（综合量子科学与技术中心）
本文提出统一处理量子态、信道和超映射资源的高阶量子资源框架，引入超映射资源单调性及蒸馏稀释，并应用于动力学相干性，刻画了最大兼容超映射集合及其在信道转换中的操作差异。
2026-10-01 quant-ph
Quantum circuits with classical versus quantum control of causal order
本研究提出两类推广固定序量子电路的量子超映射：经典控制与量子控制因果序的电路，完全刻画其类别，证明后者包含量子开关等不定因果序过程但仅生成因果关联，并展示其量子信息处理优势。
2023-06-19 quant-ph
Supermaps on generalised theories
Mathematical Institute, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院数学研究所）；Université Paris-Saclay, CNRS, ENS Paris-Saclay, Inria, CentraleSupélec, Laboratoire Méthodes Formelles（巴黎萨克雷大学、法国国家科学研究中心、巴黎高等师范学院、法国国家信息与自动化研究所、中央理工-高等电力学院、形式方法实验室）
本文基于超映射理论，建立了一个Yoneda引理，用于描述任意电路理论中的高阶量子操作，并应用于boxworld的高阶过程和高阶真实量子理论的定义。
2026-06-23 cs.LO math.CT quant-ph
Quantum Supermaps are Characterized by Locality
University of Oxford（牛津大学）；HKU-Oxford Joint Laboratory for Quantum Information and Computation（香港大学-牛津大学量子信息与计算联合实验室）；University College London（伦敦大学学院）；Université Paris-Saclay, CNRS, ENS Paris-Saclay, Inria, CentraleSupélec, Laboratoire Méthodes Formelles（巴黎萨克雷大学、法国国家科学研究中心、巴黎高等师范学院、法国国家研究与数学与软件研究所、中央理工电院、形式方法实验室）；The University of Hong Kong（香港大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理珀IMETER研究所）
本文通过局部性公理重新定义量子超映射，并证明其在更广泛的理论框架下的有效性。
2025-11-27 math-ph math.CT math.MP
Simulation of Adjoints and Petz Recovery Maps for Unknown Quantum Channels
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；Wuhan University（武汉大学）；Hubei Center for Applied Mathematics（湖北应用数学中心）；Hubei Key Laboratory of Computational Science（湖北省计算科学重点实验室）；Wuhan Institute of Quantum Technology（武汉量子技术研究院）
本研究提出了一种概率协议实现未知量子通道的转置，并设计虚拟协议克服复共轭和共轭的实现难题，同时提出改进的Petz恢复映射期望值估计方法。
2026-02-05 quant-ph
Transforming Collections of Pauli Operators into Equivalent Collections of Pauli Operators over Minimal Registers
本文借鉴量子纠错码思想，证明了表示等价 Pauli 操作所需 qubit 数量的可达下界，并提供了确定极小寄存器 Pauli 操作集合的流程。
2022-06-27 quant-ph
Probabilistic exact universal quantum circuits for transforming unitary operations
本文研究了通用量子线路的设计问题，以概率预示的方式将$d$维酉输入操作的$k$使用转换为酉输出操作。三类协议被认为是并行电路，其中的输入操作可以同时，自适应电路，其中允许顺序使用的输入操作，和一般协议，其中使用的输入操作可以执行没有明确的因果顺序。对于这三类，我们开发了一个系统的半定规划方法，找到一个电路，获得所需的转换与最大的成功概率。然后，我们详细分析了三个特定的变换;酉转置，酉复共轭，酉反转。对于酉转置和酉逆，我们证明了，对于任何固定的尺寸$d$，自适应电路的使用$k$相比，并行的指数改善。对于酉复共轭和酉逆，我们证明了如果$k$的使用次数严格小于$d-1$，则成功的概率必然为零。我们还讨论了不确定因果顺序协议的优势，因果的，并介绍了延迟输入态量子线路的概念。
2020-04-15 quant-ph
The quantum switch is uniquely defined by its action on unitary operations
针对量子开关对非酉运算作用是否唯一的问题，证明双槽量子开关对非酉运算的自然扩展是唯一可能，其作用完全由对酉运算的作用决定，还探讨了量子过程由酉运算作用唯一确定的一般情形。
2023-11-06 quant-ph
Pure-state transformations and catalysis under operations that completely preserve positivity of partial transpose
出于希望更好地了解类的量子操作的二分系统，保持积极的部分转置（PPT操作）和它的关系的类LOCC（本地操作和经典通信），我们提出了一些结果确定性的二分纯态变换的PPT操作。限制我们的注意力的情况下，我们开始的秩K最大纠缠态，我们给出了一个必要条件，将其转化为一个给定的纯态，我们表明，这也是充分的，当K是2和最终的状态有施密特秩三。我们表明，它是足够的所有K和所有最终状态提供了一个猜想，关于某个家庭的半定方案是真的。我们还证明了PPT操作下可以发生催化现象，并且与LOCC催化不同，最大纠缠态可以是催化剂。最后，给出了在最大纠缠催化剂的辅助下，通过PPT操作将K阶最大纠缠态转变为任意纯态的充要条件.
2008-10-26 quant-ph
Nonlocal Entanglement Transformations Achievable by Separable Operations
对于多体量子系统的操纵，众所周知，所有经典通信（LOCC）辅助的局部操作构成可分操作类的真子集。最近，Gheorghiu和Griffiths发现LOCC和一般的可分操作对于两体纯态之间的转换同样强大。在这封信中，我们将这种比较扩展到混合态，并表明在一般情况下，可分离操作严格强于LOCC时，将混合态转换为纯纠缠态。我们的发现的一个显着的后果是纠缠单调的存在下，可能会增加可分离操作。
2008-11-26 quant-ph
Entanglement transformation between sets of bipartite pure quantum states using local operations
Alice和Bob从一组纯量子态中选择一个未知的初始态。它们的任务是仅使用局部操作将初始状态转换为相应的最终纯状态。我们证明了这种转换存在的充分必要条件。我们还提供了有效的算法，可以快速排除的可能性，一组初始状态转换为一组最终状态。
2012-10-13 quant-ph
Optimal Entanglement Transformations Among N-qubit W-Class States
我们调查的物理允许的概率转换一个N部W类状态到另一个通过本地操作辅助经典通信（LOCC）。最近，Kintas和Turgut已经得到了两个这样的状态转换的最大概率的上限[arXiv：1003.2118v1]。在这里，我们提供了一个简单的充分必要条件，当这个上界可以满足，从而当状态转换的最优性可以实现。我们的讨论涉及到获得任意W类状态变换的下界，并精确地显示这个界何时饱和[arXiv：1003.2118v1]的界。最后，我们考虑了对称W-类状态的转换问题，发现在一般情况下，转换两个对称状态的最佳一次性过程需要所有各方的非对称滤波器。
2010-09-13 quant-ph
Transforming graph states to Bell-pairs is NP-Complete
构建大规模量子网络（即量子互联网）的关键是开发用于管理网络中存在的纠缠的快速算法。量子互联网的一个基本构建块是网络中远程节点之间的贝尔对分布。在这里，我们专注于转换的问题，多体纠缠态到特定节点之间的二分贝尔对张量积只使用一定的本地操作和经典的通信。特别是，我们研究的问题，决定是否一个给定的图形状态，并在一般的稳定状态，可以转化为一组贝尔对特定的顶点，仅使用单量子比特克利福德操作，单量子比特泡利测量和经典的通信。我们证明了这个问题是NP-完全的。
2020-10-19 cs.CC math.CO quant-ph
Functional framework for representing and transforming quantum channels
我们开发了一个框架，旨在简化量子态和量子操作的分析，利用潜在的函数编程范式。我们表明，引入的框架允许无缝操纵的量子信道，特别是转换不同的表示之间的量子信道，因此，使用功能编程的概念，便于操纵的抽象对象中使用的语言的量子理论。为了我们的演示，我们将使用Mathematica计算机代数系统。这一选择有双重动机。首先，它提供了一种基于函数范式的丰富编程语言。其次，这种编程语言结合了强大的符号和数字操作能力。
2013-07-18 cs.SC quant-ph
Reversing Unknown Qubit-Unitary Operation, Deterministically and Exactly
本文提出一种确定性精确逆转未知量子比特幺正操作的协议，通过4次调用输入操作并利用催化态实现时间反演，同时简化了最优协议搜索的半定规划方法。
2023-09-07 quant-ph
Semi-device-independent certification of indefinite causal order
当根据量子理论的基本规则变换独立的量子操作对时，一个有趣的现象出现了：一些这样的高阶操作可能以不确定的因果顺序作用于输入操作。最近，过程矩阵的形式主义已经发展到研究这些高阶操作的非因果性质。这种形式主义预测，在原则上，统计数据，确保不确定的因果顺序，即使在一个设备独立的情况下，其中所涉及的操作没有特点。然而，迄今为止提出的所有物理实现的过程矩阵需要所涉及的操作的充分表征，以证明这种现象。在这里，我们考虑一个半设备无关的情况下，不需要所有的操作进行表征。我们介绍了一个框架，用于证明在这个中间制度的过程矩阵的非因果属性，并用它来分析量子开关，一个众所周知的高阶操作，表明，虽然它只能导致因果统计在一个设备独立的情况下，它可以表现出非因果属性在半设备独立的情况下。这证明量子开关产生的非因果关联比以前已知的更强。
2022-02-07 quant-ph
Conditions for local transformations between sets of quantum states
我们研究了一组纯二分态转换成另一个使用确定性LOCC（本地操作和经典通信）的问题。利用LOCC对态变换、纠缠和可纠缠性的约束，得到了这种变换存在的必要条件。这些条件被证明是独立的，但不是充分的。我们讨论了它们的可满足性，并相应地对所有可能的输入输出对进行了分类。我们还证明了严格的包含LOCC之间，可分离的，和积极的部分转置操作集变换问题。
2022-06-24 quant-ph
Transforming graph states using single-qubit operations
稳定子态是量子信息中一类重要的态，在量子纠错中具有重要意义。在这里，我们提供了一种算法，用于决定一个稳定器（目标）状态是否可以通过单量子位Clifford操作（LC），单量子位泡利测量（LPM）和持有单个量子位的站点之间的经典通信（CC）从另一个稳定器（源）状态获得。更重要的是，我们提供了一个配方，以获得LC+LPM+CC操作的序列，准备从源状态所需的目标状态，并显示这些操作可以并行应用，以达到目标状态在恒定的时间。我们的算法在量子网络，量子计算中有应用，也可以作为一种设计工具-例如，找到量子纠错码之间的转换。我们提供了我们的算法，使这个工具更容易应用的软件实现。我们的算法的一个关键的见解是表明，这个问题是等价的图论中的一个，这是决定是否一些图G'是另一个图G的顶点子。这里我们证明了当图G的秩宽和G'的大小有界时，图G的顶点子问题可以在时间O（|G| ^3）内解决，其中|G|是图G的大小.我们的算法是基于Courcelle技术解决固定参数易处理的问题，在这里相关的固定参数是秩宽度。本文的后半部分是对这些概念的一个容易理解但远未穷尽的介绍，这对量子信息中的许多其他问题可能是有用的。
2018-05-15 cs.CC cs.DS cs.ET
Polarization selective Dove prism
我们提出了一种无源全光学器件，能够转换的轨道角动量（OAM）状态的光的偏振状态的条件。由于其线性光学性质，确保了该装置的效率。作为该器件的应用，我们给出了偏振和OAM量子比特之间的CNOT和SWAP操作，非干涉OAM模式分类器和OAM四维子空间上的广义Pauli X操作。
2020-09-05 physics.optics quant-ph
Transforming Traditional Neural Networks into Neuromorphic Quantum-Cognitive Models: A Tutorial with Applications
Artificial Intelligence and Cyber Futures Institute, Charles Sturt University（查尔斯斯特大学人工智能与网络未来学院）；Cyber Futures Institute, Charles Sturt University（查尔斯斯特大学网络未来学院）
本文通过教程形式展示如何用普通笔记本电脑将前馈、循环、储备池和贝叶斯神经网络转化为量子启发模型，以优化训练并赋予类人认知特性，从而降低量子技术的使用门槛。
2025-03-10 cs.LG quant-ph
The modern tools of quantum mechanics (A tutorial on quantum states, measurements, and operations)
本教程致力于回顾量子力学的现代工具，这些工具适用于描述现实的，而不是孤立的，与环境相互作用的系统的状态，测量和操作，以及任何类型的测量和处理设备。我们强调玻恩规则的核心作用，并说明密度算子的概念是如何自然出现的，以及混合态纯化的概念。在重新审视标准量子测量理论的假设时，我们研究了它们是如何在形式上被推广的，超越了自伴算子和投射测量的描述，以及这是如何导致广义测量、概率算子值测度（POVM）和检测算子的引入的。然后，我们陈述并证明了奈马克定理，它阐明了广义测量和标准测量之间的联系，并说明了如何在物理上实现广义测量。重新讨论了两个不可对易观测量联合测量的“不可能性”，并详细描述了其作为广义测量的规范实现。最后，我们解决的基本性质，通常由幺正性的要求，即一个映射转换量子态到量子态应满足物理上是可接受的，并介绍了完全正性（CP）的概念。然后，我们陈述并证明了Stinespring/Kraus-Choi-Sudarshan膨胀定理，并阐明了量子操作的CP映射描述及其算符和表示与量子演化的传统酉描述之间的联系。我们还讨论了换位作为一个例子的正映射，这是不完全积极的，并提供了一些例子的广义测量和量子运算。
2012-10-13 quant-ph
Quantum Operations: technical or fundamental challenge?
研究了一类由理想化半经典场生成的酉运算。由尖锐的潜在的踢实施的操作进行了重新审视，并执行它们的可能性，由软变化的外部领域进行了检查。讨论了利用离子阱作为量子态转换的“操作工厂”的可能性。非微扰算法表明，振子势的抽象$δ$ -脉冲的结果可以变为真实的。其中一些，如果在经验上实现了，可能是检验某些非典型量子思想所必不可少的。特别是，简单的动力学操作可能有助于Aharonov-Bohm对时间-能量不确定原理的批评，其他一些，以验证位置测量的基本精度极限的存在或“非对易几何”的现实。
2013-12-02 math-ph math.MP quant-ph
Transforming Bell's Inequalities into State Classifiers with Machine Learning
Tsinghua University（清华大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
量子信息科学深刻地改变了我们理解、存储和处理信息的方式。这一领域的一个主要挑战是寻找一种有效的方法对量子态进行分类。例如，人们可能想要确定给定的量子态是否纠缠。然而，完整表征量子态的过程（称为量子态层析成像）通常是消耗资源的操作。一个有吸引力的建议是使用贝尔不等式作为纠缠见证，其中只需要量子态的部分信息。问题是纠缠是必要的，但不足以违反贝尔不等式，使其成为不可靠的状态分类器。在这里，我们的目标是通过机器学习的方法来解决这个问题。更准确地说，给定一个量子态族，我们随机选取其中的一个子集来构建量子态分类器，只接受每个量子态的部分信息。我们的结果表明，这些转换后的贝尔型不等式可以显着优于原来的贝尔不等式分类纠缠态。我们进一步将我们的分析扩展到三量子比特和四量子比特系统，将量子态分类为多个种类。这些结果展示了机器学习中的工具如何应用于解决量子信息科学中的问题。
2017-05-02 cs.LG quant-ph
qstack: Compositional End-to-End Compilation for Fault-Tolerant Quantum Programs
University of Washington（华盛顿大学）
qstack通过纯量子中间表示实现端到端编译，允许将量子错误纠正编码组合为可编译的编译阶段，无需手动干预。
2026-05-15 quant-ph
Work Cost of Thermal Operations in Quantum and Nano Thermodynamics
采用由Janzing等人开创的量子和纳米系统的热力学资源理论框架。Phys.39，2717（2000）]中，我们将一种资源状态转换为另一种资源状态的有用功成本表示为凸优化的线性规划。该方法基于Janzing等人以及后来Horodecki和Oppenheim [Nat.Comm.4，2059（2013）]给出的热准序的表征。这两种表征都与Ruch、Schranner和Seligman以混合距离[J. Chem. Phys. 69，386（1978）]的名义研究的优化的扩展版本有关。
2014-02-14 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Multi-partite entanglement monotones
Tata Institute for Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育与研究学院）
本文提出一种多部分态的局部酉不变量，用于评估通过局部操作和经典通信转换量子态的成功概率。
2026-02-15 hep-th quant-ph
Operational Quantum Reference Frame Transformations
本文针对局部紧群提出了基于操作性等价的量子参考系变换通用框架，通过构建相对状态等价类间的映射实现变换，并证明其可逆性取决于参考系局域化性质，扩展了现有理论并弱化了换系产生纠缠的论断。
2025-03-25 math-ph math.MP quant-ph
Parameterized quantum comb and simpler circuits for reversing unknown qubit-unitary operations
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））
本文提出参数化量子梳框架PQComb，利用参数化量子电路实现量子过程变换，并将未知量子比特酉操作反转的辅助比特开销从六个降至三个，在IBM-Q硬件噪声模拟中表现更优。
2025-02-25 cs.IT cs.LG math.IT
