Obstructions to universality in globally controlled qubit graphs
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心）；Peter Grünberg Institute, Quantum Control (PGI-8)（彼得·格林伯格研究所，量子控制（PGI-8））；University of Cologne, Institute for Theoretical Physics (THP)（科隆大学，理论物理研究所（THP））；Scuola Normale Superiore（比萨高等师范学院）
研究指出全局控制量子系统普遍性受图自同构体影响，通过实例证明即使图自同构群为平凡，生成李代数也不一定普遍。发现隐藏对称性及控制项无法实现普遍性。
2026-04-20 quant-ph
Entanglement Measures for Intermediate Separability of Quantum States
本文提出了一类纠缠测度R_m，它可以作为n比特量子态在任意2 \leq m \leq n情形下可分离成m个子系统的指标.当状态可分为m个子系统时，测度R_m为零，当m = n时，它给出Meyer-Wallach测度，当m = 2时，它实际上退化为Love等人最近提出的测度。（及其变形，W_k态），表明这些全局纠缠态在这些测度下表现出相当不同的行为，表明测度R_m在刻画全局纠缠态方面也是有用的。
2009-04-06 quant-ph
Globally controlled quantum wires for perfect qubit transport, mirroring and computing
预期在许多量子计算机实现中将需要量子线（q线）来传输量子信息。在这里，我们描述了一种新的设计的q线与完美的传输使用均匀耦合的伊辛自旋链受到全球（严格施加）脉冲。除了允许单个量子比特的完美传输外，该设计还可以在导线内产生多重编码量子比特的完美“镜像”。我们进一步利用这种全局脉冲产生的完美镜像操作作为“时钟周期”，对这些多重编码的量子比特进行通用量子计算。我们演示了单量子位和双量子位量子逻辑门的操作，并表明只需要$N-1$完整的镜像周期就可以在q线内编码的$N$量子位上执行量子傅里叶变换。
2006-04-12 quant-ph
Building globally controlled quantum processors with ZZ interactions
Planckian srl（Planckian有限公司）；Scuola Normale Superiore（意大利高等师范学院）；Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa（比萨大学物理系）
本文提出利用ZZ相互作用构建全球受控量子处理器的方法，通过交叉量子比特技术实现局部操作，提升量子计算的可扩展性。
2026-01-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Locally Passive, Globally Charged Quantum Batteries: Coherence-Controlled Work and the Robustness of the Stored Charge
Qatar Center for Quantum Computing, College of Science and Engineering, Hamad Bin Khalifa University（卡塔尔量子计算中心，科学与工程学院，哈马德·本·哈利法大学）；The University of Adelaide（阿德莱德大学）
介绍可解充电器-电池模型，量子相干控制电荷存储位置及抗噪性。充电转化充电器相干为纠缠，划分功。存储能量等基于粒子数，抗纯退相，相关锁定功对退相和弛豫敏感。用代数处理多种噪声并结合超导参数得存储寿命。
2026-07-07 quant-ph
Programmable Fermionic Quantum Processors with Globally Controlled Lattices
Institute for Theoretical Physics, University of Innsbruck（因斯布鲁克大学理论物理研究所）；Institute for Quantum Optics and Quantum Information, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）；Max Planck Institute of Quantum Optics（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）
本文提出利用全局控制的费米子晶格实现通用费米子量子处理的框架，探讨了中性原子在光学晶格中的实现方法，并讨论了扩展费米-海伯德模型的混合模拟方案。
2026-04-14 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Global zero-excitation state preparation through subsystem cooling
Macquarie University（麦考瑞大学）；Friedrich-Alexander Universität of Erlangen-Nuremberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
本文研究通过局域耗散冷却制备量子系统全局零激发态，提出图论判据（零强制集）保证唯一吸引稳态，并在海森堡链中验证高效冷却。
2026-09-22 math-ph math.MP quant-ph
Global control via quantum actuators
Scuola Normale Superiore（意大利高等师范学院）；Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa（比萨大学物理系）
本文提出量子执行器作为实现全局控制量子计算的媒介，通过辅助量子系统临时存储和释放能量，实现多量子位门的选择性激活。该方法在编译时被动，无需局部精细控制，在运行时可控制交互并引导量子信息流动，提升连接性与远距离纠缠操作能力。
2026-03-31 quant-ph
Thermalization in Solid-State NMR Controlled by Quantum Chaos in Spin Bath
我们从理论上研究了量子自旋浴驱动的热化和自旋扩散的一个现实的固态NMR实验。我们考虑多晶L-丙氨酸，并探讨如何在几个$^{13}$ C核自旋，通过偶极-偶极耦合与浴强偶极耦合$^1$ H核（质子）自旋的自旋极化传播。我们使用直接数值模拟的多自旋时间相关的薛定谔方程。我们发现，虽然位于碳位点附近的质子自旋与$^{13}$ C自旋的相互作用最强，但仅这种相互作用不足以驱动自旋扩散并使$^{13}$ C核自旋热化。我们表明，热化内的$^{13}$ C子系统是由集体多体动力学的质子自旋浴，具体地说，热化的发病之间的$^{13}$ C自旋是直接相关的质子自旋浴中的混沌行为的发病。因此，$^{13}$ C子系统内的热化和自旋扩散由远离C位点的质子自旋控制。尽管它们与$^{13}$ C自旋的耦合很弱，但这些遥远的质子有助于产生一个具有集体动力学的强耦合质子自旋网络，从而驱动热化。
2019-01-16 quant-ph
Quantum computation with noisy operations
在本文中，我们展示了如何使用低保真度操作来控制量子系统的动力学。噪声操作通常会导致系统演化为混合状态，破坏系统的相干性。有时，频繁的噪声操作导致子系统的相干演化，并且子系统的动力学通过调谐噪声操作来控制。在此基础上，我们发现普适量子计算可以通过低保真度（保真度$<90\%$）操作来实现。
2015-06-11 quant-ph
Measurement-Free Toric-Code Memory in Array Globally Controlled Rydberg Array
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；International Quantum Academy, and Shenzhen Branch, Hefei National Laboratory（国际量子学院，合肥国家实验室深圳分部）
提出一种无需移动、测量或局部寻址原子的环面码量子存储协议，通过三物种里德伯原子阵列和全局物种选择性激光脉冲实现稳定子循环，数值模拟显示物理错误率低于0.034时量子比特寿命延长。
2026-06-11 quant-ph
Two-level control over quantum state creation via entangled equal-probability state
提出一种通过辅助子系统R的叠加态实现对量子态生成幺正算子U_k的两级控制方案，揭示R的相位与C可控制U_k数量的关系并给出示例。
2025-02-13 quant-ph
Active Quantum Distillation
本文提出主动量子蒸馏协议，利用 bang-bang 控制相干动力学降低子系统冯·诺依曼熵，推导了粒子数守恒下熵下界，并在 Bose-Hubbard 模型上验证，实现高效玻色子蒸馏。
2024-05-21 quant-ph
Qubitless Quantum Logic
我们讨论了量子逻辑在强相互作用粒子系统中的实现。这种实现是无量子位的，因为"逻辑量子比特"不对应于任何物理双态子系统。作为一个例子，我们提出的量子控制非门和Shor的算法的模拟结果的自旋1/2的粒子链海森堡耦合。我们的建议扩展了当前的量子信息处理理论，包括系统之间的两个状态的子系统的永久强耦合。
2002-03-15 quant-ph
Remotely Controlled Entanglement Generation
我们考虑一个没有任何量子控制的多量子比特系统。我们表明，人们可以通过添加一个（本地）控制的辅助系统，通过一个始终在线的，远距离依赖的相互作用耦合到系统量子位的大小相同的方式来调解不同的子系统之间的纠缠。仅仅通过改变控制系统的内部状态，就可以有选择地将其耦合到选定的量子位，并最终在系统内产生不同类型的纠缠。这为量子控制和量子门提供了一种替代方法，它不依赖于随意打开和关闭相互作用的能力，并且可以作为一个本地控制的量子开关，在那里可以创建所有的纠缠模式。我们证明，这样的方法也提供了一个增加的容错w.r.t.位置波动。
2023-01-20 quant-ph
Quantum baker maps with controlled-NOT coupling
混沌运动的特征拉伸和压缩在有限个相空间区域内线性化，这些相空间区域细分了经典的贝克映射。这种映射的张量积也是混沌的，但如果因子映射的堆叠顺序允许相互作用，则会出现更有趣的广义贝克映射。这些映射很容易被量化，如果每个子系统具有2的幂次希尔伯特空间维度，则堆叠相互作用完全归因于每个映射中的主量子位。我们在这里研究的两个面包师地图，通过一个控制的互动互动的特殊例子。数值结果表明，在Hilbert空间维数较大的情况下，控制子空间成为目标映射的理想马尔可夫环境。
2006-03-23 quant-ph
Tripartite mutual information, entanglement, and scrambling in permutation symmetric systems with an application to quantum chaos
当系统动力学由对称过程或集体自旋算符描述时，在粒子重新标记下不变的多体状态，即置换对称状态，自然发生。我们推导了这些状态的任意子系统分解的约化密度矩阵的表达式，并研究了当联合系统被随机均匀选取时，置换对称状态及其子系统的性质。因此，定义了一个新的随机矩阵系综，我们发现的平均线性熵和冯诺伊曼熵，这意味着随机排列对称态的边际纠缠，因此三方互信息（TMI）通常是积极的，防止信息被共享的全球。将这些结果应用于量子踢顶系统，我们发现，纠缠，互信息和TMI都增加了大型子系统在Eklfest或对数时间和饱和的随机状态值，如果有全局混沌。在这段时间内，时间外的顺序调制器（OTOC）指数地演变，意味着在相空间中的混乱。我们讨论如何积极的TMI可能与这种混乱共存。
2018-11-19 quant-ph
Intermediate memory costs of quantum channel synthesis with a protected subsystem
University of Central Florida（中佛罗里达大学）
该研究探讨带受保护子系统的量子信道合成的中间存储成本，提出利用成对非正交纯程序态的处理器，刻画可实现信道闭包，对比量子与经典程序在退极化下的误差差距。
2026-10-14 quant-ph
A General protocol for Distributed Quantum Gates
分布式量子计算要求在网络的不同节点或子系统上应用量子远程门。另一方面，Toffoli门是一种普遍而著名的量子门。在量子线路的综合中经常使用它。本文提出了一种利用最少资源实现远程n比特受控U门的通用协议。然后，所提出的方法适用于实现Toffoli门在二部和三部系统。当量子比特组属于网络的一个部分、区段或子系统时，该方法也是最优的。因为在上述条件下，每组量子比特只需要一个纠缠量子比特。
2018-12-21 quant-ph
Power of sequential protocols in hidden quantum channel discrimination
研究隐藏系统量子信道判别（HQCD）问题，发现序贯协议能实现完美判别并达到海森堡极限，而深度为1的并行和多回合协议无法解决该问题，证明序贯协议在实验现实场景中更具优势。
2023-04-04 quant-ph
Entanglement of random hypergraph states
随机量子态和随机量子操作具有重要的理论意义和实用价值。在这项工作中，我们研究了随机超图态的纠缠特性，它通过将广义控制相位门应用于初始参考乘积态来推广图态的概念。特别地，我们分别研究了由随机控制Z（CZ）和控制-控制Z（CCZ）门产生的两个系综。利用张量网络表示和组合计数方法，分析表明两个系综的平均子系统纯度和平均纠缠熵具有相同的体积律，但在典型性上有很大的不同，即CCZ系综的纯度起伏较小且具有普遍性，而CZ系综的纯度起伏较大.我们讨论了纠缠复杂性和量子混沌的发病这些结果的影响。
2022-08-01 quant-ph
Geometric quantum computation with NMR
量子信息处理设备的基本组成部分的实验实现，即容错量子逻辑门，需要条件量子动力学，其中一个子系统经历依赖于另一个子系统的量子态的相干演化。特别地，子系统可以获取条件相移。在这里，我们考虑一个新的情况下，这一阶段是几何而不是动力学的起源。由于条件几何（Berry）相位仅取决于所执行的路径的几何形状，因此其对某些类型的错误具有弹性，并且提供了执行量子门的固有容错方式的潜力。核磁共振（NMR）已经被用来演示简单的量子信息处理和Berry相位。在这里，我们报告了一个NMR实验，实现了一个有条件的贝瑞相位，从而控制相移门。这构成了第一个基本的几何量子计算。
2000-01-05 quant-ph
Efficient Simulation of Hybrid Continuous- and Discrete-Variable Quantum Circuits via Gaussian Decompositions
Keio University（庆应义塾大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；National Institute of Information and Communications Technology (NICT)（信息通信研究机构）
提出基于高斯线性组合分解的混合离散-连续变量量子电路模拟框架，避免Fock截断，成本随模式数多项式增长，并成功模拟GKP态生成。
2026-09-29 quant-ph
Universal fault-tolerant quantum computation with Bacon-Shor codes
提出了一种基于Bacon-Shor子系统码的由Hadamard和受控-受控-Z（CCZ）组成的容错通用门集。这些代码上的transmitting非Clifford门是有趣的，因为随着代码变得更加不对称，Clifford层次结构的更高级别变得可访问。例如，在适当的规范中，$m\times m^k$晶格上的培根-肖尔码具有横向$k$ -量子比特控制的$Z$。通过各种技巧，包括中间纠错和非泡利恢复，我们减少了容错CCZ所需的开销。我们计算我们的通用门设置最小的$3\times3$培根-肖尔代码的伪阈值，也比较我们的门与魔术状态的框架内提出的离子阱架构。
2017-05-04 quant-ph
Eigenstate Thermalization and Representative States on Subsystems
我们考虑一个由自由度组成的量子系统A U B，这些自由度可以划分为空间不相交的区域A和B。当整个系统处于A区和B区纠缠的纯态时，传统上假定在不参考其补集的情况下描述的A区的量子力学需要A上的约化密度矩阵。虽然这肯定是正确的，作为一个确切的问题，我们认为，在许多有趣的情况下，期望值的典型运营商内的任何地方A可以计算从一个合适的纯状态A单独，控制误差。我们使用量子统计力学的见解-特别是本征态热化假设（ETH）-来论证这种“代表态”的存在。
2014-06-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Experimental tests of coherence and entanglement conservation
我们实验证明了复合量子系统和它们的子系统之间的相干迁移。在两个实验装置中使用光子的偏振态实现量子系统。第一种方案是基于线性光控相位量子门，第二种方案是利用非线性光学的效应。我们的实验允许验证子系统的相关性和复合系统的相干性之间的关系，这是根据Svozilík \emph{et al.} [Phys. Rev. Lett. { \bf 115}，220501（2015）]。我们观察到，最大可访问的一致性是保守的复合系统的全球进化的实施类。
2018-01-04 quant-ph
Quantum Channel Masking
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Embry-Riddle Aeronautical University（埃默里·里德尔航空大学）；Cornell University（康奈尔大学）
本文提出量子通道掩码的概念，研究了量子通道层面的动态扩展，证明了qubit通道在特定条件下可被身份掩码，揭示了通道噪声通过广播映射的局部化特性。
2026-03-12 quant-ph
Local controllability of quantum networks
我们给出了一个充分的准则，保证了一个多体量子系统可以通过适当地操纵它的一个子系统的（本地）哈密顿量来控制。该方法可以应用于广泛的系统：它不依赖于细节的耦合，但只对他们的相关拓扑结构。作为一个特例，我们证明了海森堡链和阿弗莱克-肯尼迪-李布-田崎链可以通过在其末端的一个自旋上操作来控制。原则上，通过作用于单个量子比特，可以在这样的链上执行任意量子算法。
2009-06-28 quant-ph
Moving quantum agents in a finite environment
我们研究了一个全量子力学自旋网络，其中自旋的一个子集，$K$ "移动代理“，受到本地和对幺正变换控制的位置相对于一个固定的环$M$"环境”-自旋。我们证明了一个“流动的连贯性”的结果之间的各个子系统。尽管代理之间和代理与环境之间的纠缠，局部（非线性）不变量可能会持续存在，然后显示为每个代理的布洛赫球迷人的模式。然而，如果代理人受到不同规则的控制，这种模式就会消失。因此，几何方面有助于理解纠缠和退相干之间的相互作用。
1999-02-06 quant-ph
Haar-random-state statistics as a guide to state preparation in globally controlled Rydberg atom arrays
Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, Institut de Physique Théorique（巴黎萨克雷大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、理论物理研究所）
研究Rydberg-Ising模型在周期链上的随机脉冲序列生成态的统计特性，发现强相互作用下态的能级间距统计接近随机矩阵预测，而测量概率分布偏离Porter-Thomas行为，弱相互作用下态趋向Haar统计，且高纠缠态制备难度大。
2026-09-14 cond-mat.str-el quant-ph
Use of non-adiabatic geometric phase for quantum computing by nuclear magnetic resonance
几何相位在科学的许多领域都有潜在的应用，这激发了人们的研究兴趣。其中之一就是容错量子计算。量子计算的先决条件是通过量子比特的受控动力学实现受控逻辑门。在受控动力学中，一个量子比特经历相干演化并获得适当的相位，这取决于其他量子比特的状态。如果演化是几何的，则所获取的相位仅取决于所执行的路径的几何形状，并且对于某些类型的错误是鲁棒的。这种现象导致了固有的容错量子计算。在这里，我们提出了一种技术，使用非绝热几何相位的量子计算，使用选择性激发。在一个双量子比特系统中，我们选择性地演化出一个合适的子系统，其中控制量子比特处于态|1>，通过闭合电路。通过这种演变，目标量子位获得由控制量子位的状态控制的相位。使用这些几何相位门，我们演示了Deutsch-Jozsa算法和Grover的搜索算法在两个量子比特系统中的实现。
2005-03-03 quant-ph
Generalized Toffoli gates using qudit catalysis
我们提出了一个n量子比特控制门C^{n-1}（U）的量子网络，它使用更高的维度（量子）辅助作为催化剂。在最简单的形式中，网络只有n个两粒子门（qubit-qudit）-这是耦合所有n+1个子系统（n个量子位加一个辅助系统）所需的最小数量的两体相互作用。这类受控门包括n个量子比特上的广义托夫里门C^{n-1}（X），它在几种量子算法和纠错中起着重要作用。实现该模型的一个特定的例子给出了一个有效的自旋S与腔模相互作用的广义Jaynes-Cummings哈密顿的色散极限。
2009-07-15 quant-ph
A note on typicality in random quantum scattering
本文研究随机量子散射中典型性，证明单次散射使无条件状态解纠缠，并用莱维引理约束涨落，推导平均散射纯度公式，数值显示涨落随环境维度增加而减小。
2023-08-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Universal Control of Nuclear Spins Via Anisotropic Hyperfine Interactions
我们表明，核自旋子系统可以完全控制，通过微波辐射解决各向异性超精细相互作用与附近的电子自旋。这种通过与电子耦合来间接寻址核自旋的方法使我们能够创建核自旋门，其操作时间比传统的直接寻址方法快得多。我们在一个由一个电子和一个核自旋组成的固态系综系统上实验证明了这种方法的可行性。
2007-07-19 quant-ph
Universal Dynamics with Globally Controlled Analog Quantum Simulators
Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）；School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学工程与应用科学学院）；Robotics Institute, Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学机器人研究所）；Harmoniqs, Inc.（Harmoniqs公司）；Department of Mathematics, Harvard University（哈佛大学数学系）
本研究通过全局控制场实现通用量子动力学，展示了类比量子模拟器在拓扑动力学和多体相互作用工程中的应用。
2026-03-11 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el cs.LG
Stacked quantum Ising systems and quantum Ashkin-Teller model
Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa（比萨大学物理系）；INFN（意大利国家核物理研究所）
研究堆叠量子伊辛系统的量子关联，探讨其在不同耦合强度下的临界行为，揭示量子阿什金-泰勒模型的对称性特性。
2026-01-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Phase transitions in (2 + 1)D subsystem-symmetric monitored quantum circuits
本文研究(2+1)维环面上具有不同对称性层级的测量诱导相变，发现从体积律相到与二维SSPT簇态相关的面积律相的相变关联长度指数随对称性增强而减小，揭示了MIPT与MBQC之间的深层联系。
2025-02-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Kicking Quantum Fisher Information out of Equilibrium
本文研究量子自旋链中量子费希尔信息（QFI）的放大机制，发现瞬态局域微扰可使QFI随子系统长度呈二次标度，并揭示了全局 quench 后局域多体纠缠的最优时间窗口，最后通过新数值技术验证了理论预测。
2025-04-29 cond-mat.str-el quant-ph
Overcoming disorder in superconducting globally driven quantum computing
Planckian srl（普兰克有限公司）；NEST, Scuola Normale Superiore（意大利高等师范学院）；Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa（比萨大学物理系）
本研究通过脉冲优化方案，如GRAPE算法，克服超导全局驱动量子计算中静态杂乱对量子操作保真度的影响，实现高保真度操作。
2026-01-20 cond-mat.supr-con quant-ph
Mitigating quantum decoherence via global optimal control
Planckian srl（Planckian有限公司）；NEST, Scuola Normale Superiore（NEST，比萨高等师范学院）；Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa（比萨大学物理系）
该研究以准二维梯子几何结构为原型，采用张量网络方法，通过对全局驱动进行时间整形，在全局驱动超导量子计算架构中实现了量子退相干的大幅缓解，压缩了门序列时间并恢复了高门保真度。
2026-07-31 cond-mat.supr-con quant-ph
How to build Hamiltonians that transport noncommuting charges in quantum thermodynamics
非对易守恒量最近成为量子热力学的一个分支。在传统的热力学中，一个感兴趣的系统和一个环境交换能量、粒子、电荷等量，这些量是全局守恒的，并由厄米算符表示。直到几年前，这些运算符还被隐含地假设为彼此可交换。释放运营商无法交换，使许多理论发现-关于参考系，熵产生，资源理论模型等，很少有工作将这些结果从抽象理论到实验现实。本文提供了一种系统地建立这座桥梁的方法：我们提出了一个处方，用于构建哈密顿量，在全球范围内保持非对易量，同时在本地传输量。哈密顿量可以将任意多个子系统耦合在一起，并且可以是可积的或不可积的。我们的哈密顿量可以用超导量子、超冷原子和俘获离子来物理实现。
2022-01-19 cond-mat.stat-mech hep-lat hep-th
Local Detection of Quantum Correlations with a Single Trapped Ion
作为量子力学最显著的特征之一，量子关联是量子信息科学的核心。相关性的检测通常需要访问所有相关的子系统。然而，在许多现实的情况下，这是不可行的，因为只有一些子系统可以控制和测量。这种情况可以被视为开放量子系统与不可访问的环境相互作用。初始系统-环境关联对开放量子系统的动力学行为起着重要作用。根据最近的一项提议，我们利用相关性对开放系统动力学的影响来检测系统-环境量子相关性，而无需访问环境。我们使用两个自由度的囚禁离子模型的开放系统及其环境。本方法不需要对环境、相互作用或初始状态作任何假设，因此为量子系统的研究提供了一个通用的工具。
2014-08-11 physics.atom-ph quant-ph
Engineering Non-Hermitian Quantum Evolution Using a Hermitian Bath Environment
本文提出在完全厄米光子平台上通过离散到连续谱耦合和Lanczos变换构建非厄米子系统，实验验证其在单光子和多光子激发下能精确复现非厄米动力学，为量子浴工程的实际应用奠定基础。
2025-07-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
