Optimized measurement-free and fault-tolerant quantum error correction for neutral atoms
本文提出了一种针对中性原子阵列的小型无测量QEC方案，通过提取冗余校验子信息和使用单次标志量子比特实现电路级噪声容错，且额外开销适中，为资源高效的无测量量子纠错铺平道路。
2024-12-20 quant-ph
Optimized Entanglement-Assisted Quantum Error Correction
使用凸优化，我们提出了纠缠辅助量子纠错程序，优化给定的噪声信道。我们通过数值例子表明，这种优化的纠错方法比现有的方法实现更高的信道误码率。这种改进的性能，导致完美的错误校正的一个更大的类的错误信道，解释在至少某些情况下，由量子隐形传态，但一般的通道，这种解释并不成立。
2010-08-31 cond-mat.other math-ph math.MP
Optimized quantum-optical communications in the presence of loss
我们考虑了损耗对量子光通信信道的影响。基于直接检测量子数态的信道，对于无损耗传输线将实现最终的量子信道容量，但容易因损耗而退化。这同样适用于基于压缩态的零差检测的信道，其也非常容易丢失。相反，基于相干态外差检测的“经典”信道是损耗不变的。我们优化了压缩态和数态信道的先验概率，并考虑了损耗的影响。在低功耗制度，我们实现了一个相当大的改善的互信息，压缩状态和数量状态的信道克服了相干状态信道的容量。特别地，对于光子的总平均数$N<8$，压缩态通道击败经典通道。然而，对于足够高的功率，经典信道总是表现为最好的信道。对于数状态信道，我们表明，与损失$η\lesssim .6$的优化的先验概率偏离通常的热的行为，并开发零概率的差距，具有相当大的改善的互信息（高达70%的改善，在低功率衰减$η=.15$）。
1997-11-26 quant-ph
Non-Markovian feedback for optimized quantum error correction
针对现有玻色编码量子纠错反馈仅依赖最新测量结果的局限，研究采用Feedback-GRAPE方法训练循环神经网络，构建基于历史测量的非马尔可夫QEC方案，性能显著优于现有策略，推动更优测量型QEC协议发展。
2025-01-20 quant-ph
Optimized dynamical control of state transfer through noisy spin chains
我们提出了一种方法，通过噪声量子信道（自旋链）的状态转移的速度和保真度的最佳控制的折衷。这个过程被视为通过费米子浴的量子比特状态转移。我们表明，动态调制的边界量子比特的水平，可以确保状态转移的速度和保真度的最佳折衷。这可以通过动态优化信道的传输频谱来实现。所得到的最优控制是强大的静态和波动噪声在通道的自旋-自旋耦合。它还可以在信道中存在对角无序（现场能量噪声）的情况下促进传输。
2015-01-09 quant-ph
Channel and carrier adapted quantum error correction
这篇论文已被作者撤回。由于正交性，所提出的码不起作用。
2008-05-15 quant-ph
Robustness of channel-adapted quantum error correction
量子信道模拟了我们感兴趣的系统与其环境之间的相互作用。这样的模型可以捕捉交互的主要特征，但由于环境的复杂性，我们不能假设它是完全准确的。我们研究的鲁棒性量子纠错操作对完全出乎意料的，随后未确定类型的信道不确定性。我们发现，一个通道自适应的最佳纠错操作不仅给最好的可能的信道保真度，但它是更强大的对信道的改变比任何其他纠错操作。我们的结果是有效的泡利通道和稳定器代码，但根据一些数值结果，我们相信，在一般情况下，也可以得出非常相似的结论。
2009-06-28 quant-ph
Classification and purification for the independent quantum channel through quantum error-correction
量子纠错的实质是利用冗余的希尔伯特空间来识别和纠正错误，而量子信道的信道保真度并不影响哪些错误可以被识别和纠正。在此基础上，发现利用量子纠错可以将独立的量子信道分为5种类型，并对其中的4种进行提纯。在量子纠错中发现，量子态的退相干可能与量子噪声下量子态的识别程度有关，证实了量子信道的纯度决定了其保持量子态量子特性的能力，而不是保真度。在这项工作中，独立的泡利通道的量子纠错的识别证明。
2021-10-26 quant-ph
Computing with two quantum reservoirs connected via optimized two-qubit nonselective measurements
目前，量子库计算是混合量子-经典机器学习最有前途和实验可及的技术之一。然而，由于量子系统尺寸的实际限制和噪声的影响，其应用受到限制。在这里，我们提出了一种新的方法来连接网络中的两个量子库，以克服这些问题，并提高其计算性能。为了在量子库之间传输信息，我们进行了优化的双量子比特非选择性测量。我们提出了一种通用的启发式优化策略的基础上张量网络语言和矩阵表示的双量子比特量子信道量子水库计算。此外，我们还介绍了一个单量子比特净化通道及其优化，以进一步增强量子库计算。我们还证明了应用于七量子位网络的优化通道可以有效地在其部分之间传输信息，其性能与通过经典信息链路连接的高达25个量子位的网络相当。
2022-05-09 quant-ph
Optimized Gottesman-Kitaev-Preskill Error Correction via Tunable Preprocessing
School of Physics and Astronomy and Yunnan Key Laboratory for Quantum Information, Yunnan University（云南大学物理与天文学院及云南省量子信息重点实验室）
本文提出一种基于预处理的Steane型方案，通过可调压缩参数主动重塑噪声传播，从而在小噪声情况下实现位置和动量四阶输出噪声方差的最小乘积。
2026-04-09 quant-ph
Towards a Resource-Optimized Dynamic Quantum Algorithm via Non-iterative Auxiliary Subspace Corrections
针对动态构建ansatz导致电路深度激增的问题，提出一种将ansatz分离为核心主成分与辅助成分的理论框架，通过非迭代辅助子空间校正在不增加量子资源的前提下恢复电子关联，实现高精度与资源优化的量子计算。
2024-08-23 quant-ph
Channel correction via quantum erasure
通过利用环境辅助信道校正的最新结果的推广，我们表明，每当量子系统经历一个实现为与探针的相互作用的信道时，越有效地从探针中擦除关于输入状态的信息，校正信道的相应纠缠保真度就越高，反之亦然。本分析也适用于完美的量子擦除是不可能的通道，从而扩展了原来的量子擦除器的安排，自然体现了一般的信息干扰权衡。
2007-09-10 quant-ph
Counteracting dephasing in Molecular Nanomagnets by optimized qudit encodings
分子纳米磁体可以实现基于qudit的量子纠错代码，该代码利用自然嵌入在单个分子中的许多自旋能级，这是朝着可扩展的量子处理器迈出的有希望的一步。为了充分实现这种方法的潜力，对破坏分子量子信息编码的错误的微观理解是必不可少的，同时开发定制的量子纠错策略。我们解决这些中心点，首先研究与周围的核自旋，这是在低温下的主要来源的错误的相互作用产生的分子自旋量子的退相效应。数值量子纠错代码，然后构建，通过系统的优化程序的基础上的耦合系统浴动力学的模拟，提供了一个显着的增强的相干时间的分子计算单元。最后提出了实验实现的代码所需的脉冲序列。
2021-09-01 quant-ph
Channel-Adapted Quantum Error Correction for the Amplitude Damping Channel
我们考虑专门为幅度阻尼通道设计的纠错程序。我们分析的稳定器形式主义的振幅阻尼误差。这种分析允许推广的[4，1]“近似”振幅阻尼代码的quant-ph/9704002。我们将这种推广作为一类[2（M+1），M]码，并给出了用于编码和恢复操作的量子线路。我们还提出了一种基于经典Hamming码的[7，3]幅度阻尼码。所有这些都是稳定码，其编码和恢复操作可以完全用Clifford群运算来描述。最后，我们描述了优化选项，其中恢复操作可以进一步适应根据阻尼概率γ。
2007-10-04 quant-ph
Robust Quantum Error Correction via Convex Optimization
我们提出了一个半定规划优化方法量子纠错，产生代码和恢复程序，对噪声信道的显着变化是强大的。我们的方法使我们能够优化编码，恢复，或两者兼而有之，并服从近似显着提高计算成本，同时保持保真度。我们使用标准[5，1，3]码作为基准，用数值方法说明了我们的理论。我们优化的编码和恢复产生的一致性是由1-2个数量级的随机酉权重-2错误相比，[5，1，3]与标准恢复代码。我们观察到类似的改善4量子比特消相干的子空间代码。
2007-09-18 quant-ph
Optimized Matrix-Product State Simulations of Quantum Error Correction Circuits
QPerfect SAS（QPerfect公司）；European Center for Quantum Sciences（欧洲量子科学中心）；QuEra Computing Inc.（QuEra计算公司）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
本文针对含非Clifford门的大规模量子纠错电路，通过优化矩阵积态技术，实现了多类QEC电路的高效精确模拟，为容错量子计算研究提供重要支撑。
2026-09-04 quant-ph
Quantum error correction for continuously detected errors with any number of error channels per qubit
Ahn、Wiseman和Milburn [PRA { \bf 67}，052310（2003）]表明，反馈控制可以用作弱连续测量引起的误差的量子纠错校正过程，给定每个量子比特一个完美测量的误差通道。在这里，我们指出，这种方法可以很容易地扩展到任意数量的错误通道每个量子比特。我们表明，我们的方法产生的反馈协议编码$n-2$逻辑量子位在$n$物理量子位，因此只需要一个物理量子位比在前面的情况下。
2004-02-10 quant-ph
Optimized Surface Code Communication in Superconducting Quantum Computers
量子计算（QC）正处于一场革命的风口浪尖。预计到2020年，拥有100个量子比特的机器将投入使用[GoogleMachine，Gambetta 2015 building]，而数百个量子比特的机器也指日可待。这种规模的机器有能力证明量子霸权，即QC比特定问题的最快经典替代方案更快的临界点。由于纠错技术将是质量控制的核心，也将是量子计算中最昂贵的组件，因此选择开销最低的纠错方案对整体质量控制的成功至关重要。本文利用编译、调度和网络模拟工具对两种已建立的量子纠错码-平面和双缺陷表面码-进行了性能评估。在考虑可扩展的方法来优化这两个代码，我们这样做的背景下，一个完整的微体系结构和编译器分析。与以前的预测相反，我们发现，更简单的平面代码有时更有利于实现超导量子计算机，特别是在高通信拥塞的条件下。
2017-08-30 quant-ph
Optimized protocols for duplex quantum transduction
针对双工量子转换性能表征的开放问题，提出速率区域方法，发现同时双工转换优化策略优于时分单向转换标准协议，并适用于有限带宽转换器。
2024-03-21 quant-ph
On the efficiency of nondegenerate quantum error correction codes for Pauli channels
我们研究的效率纯，非退化的量子纠错码的泡利通道。具体来说，我们调查，如果在一个块中的多个错误的纠正是更有效的比使用一个代码，每个块只纠正一个错误。当量子比特的错误概率小于一定值且码长固定时，采用多错误校正的分组编码不能提高效率。更令人惊讶的是，对于任何量子位错误概率值，码长度等于或小于256量子位的现有多错误校正码具有比最佳单错误校正码更低的效率。我们还研究了如何有效地提出各种非退化单纠错码相比，由代码冗余和必要条件假设存在的非退化码的限制。我们发现，现有的代码接近最优。
2009-05-19 quant-ph
Robustness of the concatenated quantum error-correction protocol against noise for channels affected by fluctuation
在量子纠错中，噪声通道的描述不可能完全准确，噪声通道中总是会出现波动。研究发现，在考虑物理噪声信道起伏的情况下，平均有效信道只与物理噪声信道的平均值有关，物理噪声信道的平均值在这里起着独立误差模型的作用。现在，可以得出结论，在独立误差模型中，以前的工作中的结果也适用于存在波动的平均信道。在一些典型的情况下，我们在级联的QEC协议的5-qubit码，7-qubit的Steane码和9-qubit的Shor的数值模拟证实了这一猜想。对于5量子比特码，随着级联能级的增加，有效信道近似于去极化信道。对于Steane码，随着级联电平的增加，有效信道近似为一个Pauli信道。对于Shor码，在每一级中，有效信道近似于Pauli-$X$和Pauli-$Z$信道中的一个，在下一级级联中，有效信道近似于另一个。同时，数值结果表明，对于这些码，其逼近度随着级联电平的增加而增加，噪声信道的起伏随着级联QEC的执行而指数衰减。在纠错门限上，信道保真度标准差衰减比大致有一个稳定值。另一方面，量子过程矩阵（泡利形式）的非对角元素的标准偏差比对角元素的标准偏差衰减得更快。
2019-10-02 quant-ph
1/2+1/2>1 for quantum error correction
利用纠缠辅助的量子纠错技术可以使编码后的量子比特通过量子信道进行传输，其中一些量子信道是无噪声的。在这里，我们考虑一个更现实的实验方案，我们称之为部分噪声量子信道，其中，而不是完全没有噪声，只有一部分量子没有噪声。在这种情况下，我们通过一个明确的例子表明，两个半噪声通道比一个无噪声通道工作得更好，这是一种奇怪的现象，显示1/2+1/2>1。我们的例子也饱和了一个统一的量子单例界，对标准和纠缠辅助码也有效。此外，如具有半噪声信道的混合字母码所示，更高维度的物理量子可以改善部分噪声信道的性能，甚至优于无噪声信道。
2012-08-31 quant-ph
Structured Near-Optimal Channel-Adapted Quantum Error Correction
我们提出了一类适用于信道模型的量子纠错方案的数值算法。给定一个编码和信道模型，之前已经证明，最大化平均纠缠保真度的量子操作可以通过半定规划（SDP）来计算，这是一个凸优化。虽然是最佳的，但这种恢复操作对于长代码在计算上是困难的。此外，最优恢复操作没有结构超出完全正迹保持（CPTP）约束。我们得到的方法来产生结构化的通道自适应错误恢复操作。具体地，每个恢复操作开始于投影错误校正子测量。计算结构化恢复操作的算法比SDP更具可扩展性，并且产生具有直观物理形式的恢复操作。使用拉格朗日对偶，我们得到的性能界限，以证明近最优。
2007-08-29 quant-ph
Robustness of optimized numerical estimation schemes for noisy variational quantum algorithms
本文研究含噪变分量子算法中SPS和FD数值估计方案的鲁棒性，证明在无噪声知识条件下其均方误差仍优于PS方案，并提出与噪声模型无关的误差缓解程序进一步优化SPS估计器。
2023-10-07 quant-ph
Reliable channel-adapted error correction: Bacon-Shor code recovery from amplitude damping
我们构造了两个简单的纠错方案，适用于幅度阻尼噪声的Bacon-Shor码，并研究其容错实现的前景。两者都只由Clifford门组成，相对于标准方法，需要更少的量子位来实现阻尼率的所需阶数的校正。第一种方法采用1比特隐形传态和单量子比特测量，只需要四分之一的物理量子比特，而第二种方法只使用稳定器测量和泡利校正，只需要一半。我们表明，现有的容错方法可以用于后者，而前者可以避免潜在的灾难性错误，可以很容易地应付阻尼故障辅助量子位。
2017-04-19 quant-ph
Gaussian error correction of quantum states in a correlated noisy channel
噪声是实现容错量子信息处理和长距离保密通信的主要障碍。在这项工作中，我们提出了一个通信协议依赖于简单的线性光学，最佳地保护量子态从非马尔可夫或相关的噪声。我们通过实验实现了该协议，并证明了在极端噪声信道中对相干态和纠缠态的接近理想的保护。由于所有现实生活中的信道都表现出明显的非马尔可夫行为，所提出的协议将在提高各种量子信息协议的性能方面产生直接影响。
2013-12-10 quant-ph
A simple approach to approximate quantum error correction based on the transpose channel
我们证明了存在一个普遍的，接近最优的恢复映射-转置信道-近似量子纠错码，其中最优性是使用最坏情况下的保真度定义。使用转置通道，我们提供了一个替代的解释标准的量子纠错（QEC）的条件，并将其推广到一组近似QEC（AQEC）码的条件。这形成了用于查找AQEC代码的简单算法的基础。我们的分析方法是从早期的工作依赖于穷举的数值搜索的最佳恢复图，最优性定义的基础上纠缠保真度的出发。对于编码单个量子比特信息的代码的实际有用的情况，我们的算法特别容易实现。
2010-04-10 quant-ph
Approximate quantum error correction
当且仅当量子信道不减少输入态的相干信息时，在该信道中出现的误差才能被完全校正。我们表明，如果相干信息的损失是小的，那么近似误差校正是可能的。
2001-12-18 quant-ph
General conditions for approximate quantum error correction and near-optimal recovery channels
我们推导出量子码近似可纠错的充分必要条件，推广了精确纠错的Knill-Laflamme条件。我们对恢复操作成功与否的衡量标准是整个过程中最坏情况下的纠缠保真度。我们表明，最佳的恢复保真度可以准确地预测从一个双重优化问题的环境造成的噪音。我们使用这个结果来获得一个易于计算的最佳恢复保真度的估计，以及一种方法来构建一类接近最佳的恢复通道，工作在两倍的最小误差。除了标准的子空间码，我们的结果举行子系统码和混合量子经典码。
2010-03-24 quant-ph
Simulation of Gaussian channels via teleportation and error correction of Gaussian states
高斯信道是模拟连续变量量子态中由环境引入的退相干的典型方法。已知那些信道可以通过使用通过相同信道的最大纠缠态，即，Choi态，或者一个至少和Choi态一样纠缠的态。由于Choi态的构建需要无限的平均能量和纠缠，即它是非物理的，因此我们推导出能够通过有限资源的隐形传态来模拟给定信道的每一个物理状态，并进一步找到最佳状态，即，需要最小能量和纠缠的资源状态。我们证明了最优资源态是纯的，并且与Choi态的纠缠度相等。我们还表明，相同数量的纠缠是足够的模拟一个同样的消相干通道，而更多的纠缠可以模拟更少的消相干通道。最后，我们使用这一事实来概括以前已知的纠错协议，使其能够纠正噪声不仅来自纯损失，但从热损失的通道以及。
2018-07-01 quant-ph
Optimized pulses for the perturbative decoupling of spin and decoherence bath
在核磁共振的框架下，我们考虑了通过持续时间为$τ_\mathrm{p}$的复合或连续脉冲耦合到浴的自旋的相干控制的一般问题。我们明确地表明，它是可能的设计脉冲，以实现从浴到$τ_\mathrm{p}$的第三阶的自旋去耦。在脉冲和浴时间校正项的作用下，系统的演化被分离为自旋的演化。我们推导出一般的时间依赖的旋转轴和自旋和环境之间的一般耦合的校正项。通过适当的脉冲设计，可以使由此产生的校正消失。对于$π$和$π/2$脉冲，我们明确地证明，即使浴是完全量子力学的，也存在消除一阶和二阶校正的脉冲，即，它显示了内部动态。这样的脉冲对于量子信息处理也将是有用的。
2009-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Quantum channel correction outperforming direct transmission
本文通过预告式放大蒸馏改善有噪声的纠缠信道，并结合纠缠交换实现超越盈亏平衡的量子信道校正，首次无条件提升任意量子信息传输性能，构成真正的量子中继。
2024-06-07 physics.optics quant-ph
Recoverability for optimized quantum $f$-divergences
优化后的量子$f$ -发散形成了一个包含量子相对熵和夹心Rényi相对准熵作为特例的可量化测度族。在本文中，我们建立了物理上有意义的改进的数据处理不等式的优化$f$发散。特别地，所述改进指出，优化的$f$发散与其通道处理的版本之间的绝对差是关于无论何时恢复通道被视为旋转的Petz恢复通道，人们可以恢复由量子信道作用的量子态的程度的上限。这些结果不仅导致夹心Rényi相对熵的数据处理不等式的物理上有意义的改进，而且它们还具有完全可逆性的含义（即，量子充分性）的优化$f$ -发散。在此过程中，我们改进了以前的标准$f$ -发散的数据处理不等式的物理上有意义的改进，正如Carlen和Vershynina最近的工作[arXiv：1710.02409，arXiv：1710.08080]所建立的那样。最后，我们扩展了优化的$f$ -发散的定义，它的数据处理不等式，和我们所有的可恢复性结果一般冯诺依曼代数设置，使我们所有的结果可以在物理设置超出那些局限于最常见的有限维设置的兴趣在量子信息理论。
2021-09-30 cs.IT hep-th math-ph
Approximate quantum error correction, random codes, and quantum channel capacity
我们提出了一个近似的量子纠错理论，它使我们能够推导出量子码纠缠保真度的一般下界。给出了量子噪声的Kraus算符的下界。然后，这个结果被用来分析的平均纠错性能的代码是随机抽取的酉不变的代码集成。我们的研究结果证实，足够大的块大小的随机码是非常适合的量子纠错。此外，利用Bennett，Shor，Smolin和Thaplyal的引理，我们证明了随机编码达到正则化相干信息的信息率。
2007-06-06 cond-mat.other quant-ph
Universal collective rotation channels and quantum error correction
我们提出并研究了一类新的量子信道，我们称之为“通用集体旋转信道”，其中包括著名的集体旋转信道类作为一个特例。对于这类信道，不动点集和噪声交换子重合。计算该C* 代数的精确结构是量子纠错的特定无噪声子系统方法的核心问题。我们证明，有一个丰富的无噪声的子系统，在这个类中的每个通道，杨tableaux组合可以用来明确计算这些子系统。
2004-09-21 math.CO math.FA math.OA
Monotonicity of optimized quantum $f$-divergence
本研究针对Wilde提出的优化量子$f$-散度单调性能否推广至非量子信道映射的问题，证明其单调性可推广到满足施瓦茨不等式的正保迹映射，解答了该公开问题。
2023-12-13 math-ph math.FA math.MP
