Qudit States in Noisy Quantum Channels
本文分析多种噪声信道对量子态的影响，通过保真度和相干性变化评估噪声效应，并与多量子比特超图态方法建立明确关联。
2023-11-13 quant-ph
Quantum Error-Correcting Codes for Qudit Amplitude Damping
传统的量子纠错码是针对去极化信道设计的，信道模型是等概率发生广义泡利误差。振幅阻尼通道一般用来模拟零温下多能级原子的衰变过程或玻色子系统的能量耗散。我们讨论了适用于高维系统（qudits）的振幅阻尼信道的量子纠错码。对于多能级原子，我们考虑一种自然的衰减过程;对于玻色子系统，我们考虑通过截断玻色子模的Fock基到某个最大占据数而得到的量子点振幅阻尼通道.我们构建家庭的单错误纠正量子码，可用于这两种情况。我们的代码有更大的代码尺寸比以前已知的相同长度的单纠错码。此外，我们提出了家庭的多纠错码，这两个渠道，以及我们的建设技术的推广到纠错码的quutrit $V$和$Λ$渠道。
2015-09-23 quant-ph
Experimental demonstration of genuine quantum information transmission through completely depolarizing channels in a superposition of cyclic orders
Sun Yat-sen University（中山大学）；The University of Hong Kong（香港大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；University of Oxford（牛津大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本研究通过可编程硅基光子芯片实验演示了利用循环序叠加的不定因果序，在完全退极化信道中实现真正量子信息传输，保真度显著超过经典阈值，为高噪声环境下的量子通信提供了新途径。
2025-10-08 quant-ph
Generalizing Pauli Checks for Qudit-based Quantum Error Detection and Mitigation
Grambling State University（格兰布林州立大学）；Northwestern University（西北大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文将仅适用于量子比特空间的泡利校验夹心法推广到任意维度量子位元空间，提出基于海森堡-外尔算子集的量子位元校验方法，经验证可检测任意维度错误，实现高于97.5%的错误缓解保真度。
2026-09-25 quant-ph
Simple criteria for noise resistance of two qudit entanglement
太多的噪音会扼杀纠缠。这是其生产和传播中的主要问题。我们用一种简便的方法研究了由$d\times d$ Hilbert空间描述的二体系统纠缠的抗噪声性。我们的分析使用几何方法，该方法基于这样的事实：如果矢量$\vec{s}$与矢量$\vec {e}$的标量积小于$\vec{e}$的范数的平方，则为$\vec{s}\neq\vec{e}$。我们使用这样的概念的相关张量的可分离态和纠缠态。对于$d>2$，由于没有纯单量子态的布洛赫球，因此很难得到量子对的一般形式的关联张量。该准则是：如果关联张量的最大施密特本征值小于其范数的平方，则该状态是纠缠的。该准则适用于各种类型的噪声混合到初始（纯）状态的情况。这些噪声包括白噪声、色噪声、局部去极化噪声和振幅阻尼噪声。一组广泛的数值和分析结果。由于纠缠的另一个简单判据是Bell不等式的违反，我们也发现了临界噪声参数违反特定的贝尔不等式族（CGLMP），对于最大纠缠态。当$d$趋于无穷大时，我们给出了结果的解析形式.
2016-10-06 quant-ph
Distribution and dynamics of entanglement in high-dimensional quantum systems using convex-roof extended negativity
我们发展理论的纠缠分布和纠缠动力学的量子系统，其中包括以前的量子位配方。利用凸屋顶扩展负性，我们推广了先前关于各向同性态纠缠分布和去极化通道纠缠动力学的量子比特结果，并建立了这两种纠缠网络之间的关系.
2010-06-03 quant-ph
Qudit versions of the qubit "pi-over-eight" gate
当被可视化为布洛赫球上的一个操作时，量子比特“π/8”门对应于绕垂直轴旋转一整圈的八分之一。这种简单的门在量子信息理论中通常扮演着重要的角色，特别是在泡利门和克利福德门不够用的情况下。最值得注意的是，当它补充克利福德门的集合时，就可以实现通用的量子计算。“π/8”门是来自Clifford层次结构的第三级的操作的最简单示例（即，它将Pauli运算映射到共轭下的Clifford运算）。在这里，我们推导出明确的表达式为所有qudit（d级，其中d是素数）版本的这个门，并分析由此产生的组结构，是由这些对角门。这种群结构的不同取决于量子点的维数是2、3还是大于3。然后，我们讨论了这些门（和相关的国家）的几何关系的Clifford门和稳定状态。我们提出的证据表明，这些门是最大限度地鲁棒去极化和相位阻尼噪声，在完全类似的量子比特的情况下。基于这一点和其他相似之处，我们推测这些门可能对量子魔态蒸馏任务有用，并通过扩展，用于容错量子计算。最近，Campbell，Anwar和Browne的独立工作证实了这种直觉的正确性，我们建立在他们的工作基础上来描述这些门的噪声实现可以（或可证明不能）补充Clifford门的噪声机制，以实现通用量子计算。
2012-08-16 quant-ph
Strong converse bounds on the classical identification capacity of the qubit depolarizing channel
University of Cambridge（剑桥大学）
本文研究了量子退相干信道的经典识别容量，推导出强反向界限，该界限在噪声趋于1时趋于零，解决了完全噪声极限下的正确行为问题，并证明在同时经典识别约束下，识别容量等于信道的经典容量。
2026-03-31 quant-ph
Guaranteeing Completely Positive Quantum Evolution
本文研究将非完全正（NCP）映射通过非对称退极化复合转化为完全正（CP）映射，证明无需完全退极化即可实现，并给出扰动度量，表明非对称退极化优于结构物理近似，能更好保持原映射结构。
2022-05-07 quant-ph
Trellis Decoding For Qudit Stabilizer Codes And Its Application To Qubit Topological Codes
网格解码器是Ollivier和Tillich在2006年首次应用于基于量子位的量子纠错码的通用解码技术。在这里，我们提高了他们的理论的可扩展性和实用性，表明它具有强大的结构，扩展的结果，使用经典的编码理论作为指导，并展示了一个规范形式，从该规范形式的解码图的结构属性可以计算。所得到的形式对任何素维量子系统都是有效的。修改后的解码器适用于任何稳定器代码$S$，并分为两个部分：一个一次性的，离线计算，建立一个紧凑的，图形表示的规范化的代码，$S^\perp$，和一个快速，并行，在线查询的结果顶点使用维特比算法。我们将其应用到四个高密度，长度20稳定器代码去极化噪声和研究Steane，旋转表面，和4.8.8/6.6.6色码$Z$ -唯一的噪声网格解码的效用。数值模拟表明，通过避免颜色码到表面码的映射，对于有边界的颜色码，其码容量阈值提高了20%.我们确定网格边缘数作为解码难度的关键指标，使我们能够量化的优点，单轴解码的Calderbank-Steane-Shor码和块解码的级联码。
2022-01-17 quant-ph
High-dimensional quantum teleportation under noisy environments
本文研究了任意维数$d$系统在几种噪声作用下的量子隐形传态协议。我们考虑四类噪声：dit-flip，$d$ -phase-flip，dit-phase-flip和去极化，它们中的每一个对应于一个家庭的Weyl运营商，通过克劳斯形式主义。本文导出了量子点上任意噪声组合情况下任意维$d$中量子隐形传态的平均保真度的一般表达式。根据不同的方法，我们推导出平均保真度的隐形传态的更一般的情况下，涉及$d$维广义振幅阻尼噪声以及。我们表明，所有可能的情况下，可以分为四种不同的行为，并讨论的情况下，它是可能的，以提高保真度，通过增加相关的噪声分数。我们所有的结果都与Fortes和Rigolin之前对量子比特的分析一致（Phys. Rev. A，92 012338，2015）。
2019-12-05 quant-ph
Entangled state generation via quantum walks with multiple coins
纠缠态的产生无论从量子理论基础还是从技术应用上都具有极其重要的意义。纠缠交换为量子通信协议中产生纠缠提供了一种有效的方法。然而，量子比特的完美贝尔测量，纠缠交换的关键，已被证明是不可能实现的，只使用线性元件和粒子探测器。为了克服这一瓶颈，我们提出了一种新的方案，通过多硬币量子行走模型在多个指定方之间产生纠缠态，包括两量子比特纠缠态、两量子比特纠缠态、三量子比特GHZ态和三量子比特GHZ态.然后在IBM量子平台上进行了Bell态和三比特GHZ态在多个指定方之间的实验实现，通过量子层析成像得到了高保真度的结果。最后给出了该方案在多方量子秘密共享中的一个实际应用。
2020-11-04 quant-ph
Enhancing quantum noise characterization via extra energy levels
针对SPAM误差导致的量子噪声表征模糊性问题，提出利用额外能级减少规范模糊性的方案，并在超导设备上实验验证了qutrit赋能的噪声表征精度提升。
2025-07-13 quant-ph
Resource-Efficient Teleportation of High-Dimensional Quantum Coherence via Initial Phase Engineering
Jiangxi University of Science and Technology（江西理工大学）；Gannan Normal University（赣南师范大学）
本研究提出一种资源高效的高维相干态传送协议，通过优化测量基和相位工程实现高效量子通信。
2026-02-12 quant-ph
Noise robustness and threshold of many-body quantum magic
该研究以超图态为模型分析退极化噪声下多体量子魔态的衰减，揭示高阶门作用的阈值趋零，并构造出魔态完全嵌入全局纠缠且具有非零阈值的可高效制备态族。
2024-10-28 quant-ph
Virtual purification complements quantum error correction in quantum metrology
Sejong University（世宗大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Chungbuk National University（忠北国立大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）；Seoul National University（首尔大学）；Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（浦项工科大学）
本文探讨量子纠错与虚拟纯化两种方法在减少量子计量中由不可区分噪声引起的偏差，发现虚拟纯化能有效抑制此类偏差，比量子纠错提供更精确的估计。
2026-06-01 quant-ph
Noise suppression by quantum control before and after the noise
我们讨论了通过噪声过程之前和之后的测量/操作来保护经历噪声的量子系统的状态的可能性。其目的是寻求最佳的协议，使输入和输出状态尽可能接近，并澄清其中的测量的作用。我们考虑两种情况，一种可以执行量子测量/操作（i）仅在噪声过程之后，以及（ii）在噪声过程之前和之后。我们证明在二维希尔伯特空间中，在情况（i）中，噪声抑制基本上是不可能的所有类型的噪声，在情况（ii）中，最佳的协议去极化噪声是“什么都不做”协议或“歧视和重新准备”协议。这些协议不是“真正的量子”，可以被认为是经典的。它们不涉及测量或仅使用测量结果。这些结果从控制论的观点描述了量子力学的基本局限性。最后，我们猜想，一个类似的情况下（ii）的声明持有高维希尔伯特空间，并提出了一些数值证据。
2017-02-13 quant-ph
Knowledge-Concealing Evidencing of Knowledge about a Quantum State
鲍勃有一个黑盒子，它发出一个纯态量子，从他的角度来看，它是均匀分布的。爱丽丝希望给鲍勃的证据，她有知识的发射状态，而给他很少或根本没有信息it.We证明，零知识证明这样的知识是不可能的量子相对论协议，扩展Horodecki等人以前的结果。我们还表明，没有这样的协议可以既健全和完整的。我们提出了一个新的量子相对论协议，我们推测是接近最佳的安全对爱丽丝和揭示很少的知识，鲍勃，大尺寸$d$。我们分析了它的安全性，对一般攻击的鲍勃和限制攻击的爱丽丝。
2017-06-24 cs.CR quant-ph
Mitigating Noise-Induced Barren Plateaus Using a Non-Unitary Ansatz: Application to Molecular Electronic Transport
The University of Texas at Dallas（达拉斯大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本文提出在变分拟设中引入非酉元素以缓解噪声诱导的贫瘠高原问题，并通过无限范围耗散伊辛模型和基于第一性原理的分子电子输运模拟验证了其有效性。
2026-05-28 quant-ph
Homological Error Correction: Classical and Quantum Codes
我们证明了几个定理的存在性的同调纠错码的经典和量子。并不是每一个经典的代码是同调的，但我们发现一个家庭的经典同调码饱和的汉明界限。在量子的情况下，我们表明，对于不可定向的表面，它是不可能构建的同调代码的基础上qudits的尺寸$D>2$，而定向表面的边界，它是可以构建它们为任意尺寸$D$。基于无边界紧致曲面上量子码的构造，给出了一种获得平面同调码的方法。我们展示了如何将原始的Shor的9-qubit代码可视化为同调量子代码。研究了构造具有最优编码率的量子码的问题。在特殊情况下的环面码，我们构造了一个最佳的家庭，并给出了明确的证明其最优性。对于任意亏格曲面上的同调量子码，我们也构造了一族渐近达到最大可能编码率的码。我们提供的工具，同调群理论的图形嵌入在一个独立的方式表面。
2006-05-10 cond-mat.other hep-th quant-ph
Pretty-good simulation of all quantum measurements by projective measurements
该研究证明d维量子系统中加常数可见度去极化噪声后，任意POVM都可通过无辅助系统的随机投影测量模拟，限制了POVM的渐近优势，还将结果应用于量子基础问题并得到电路编织相关结论。
2025-01-16 math-ph math.MP quant-ph
The noisy Landau-Streater(Werner-Holevo) channel in arbitrary dimensions
Sharif University of Technology（谢里夫理工大学）
本文将Landau-Streater信道扩展至任意维度并构造含噪模型，证明噪声低于约0.4时量子容量非零，且在偶数维度下该信道可由酉运算分解。
2024-08-06 math-ph math.MP quant-ph
Quantum-Adaptive KS($φ$): A Parameterized Three-Qubit Gate Family Embedding Toffoli with Measurement-Free Phase Kickback and Intrinsic Error Non-Amplification
Portland State University（波特兰州立大学）
提出一种参数化三量子门族QA-KS(φ)，通过嵌入Toffoli门、回文Hadamard三明治和受控相位门，实现无测量相位反冲和内在误差非放大，在特定子空间产生与CCX门正交的输出。
2026-05-22 cs.ET quant-ph
