Protected gates for topological quantum field theories
研究了二维拓扑量子码保局域幺正逻辑门的限制。局部保持操作是将局部算子映射到局部算子的操作-例如,几何局部门的恒定深度量子线路,或由几何局部有界强度哈密顿量控制的恒定时间的演化。拓扑码的局部保持逻辑门本质上是容错的,因为空间上局部化的错误仍然是局部的,因此足够稀释的错误仍然是可纠正的。通过调用二维拓扑场论的一般性质,我们发现,局部保持逻辑门的代码,承认非阿贝尔任意子是严重有限的,特别是,有没有局部保持逻辑门的环面或球面上的M穿孔,如果任意子的编织是计算普遍的。此外,对于M-穿孔球面上的伊辛任意子,局部保持门必须是逻辑泡利群的元素。我们得出这些结果有关的逻辑门的拓扑代码的自同构的Verlinde代数的相应的任意子模型,并要求逻辑门是兼容的基础变化所产生的逻辑希尔伯特空间从本地F-移动和映射类组。
2016-01-25 cond-mat.str-el quant-ph
No-go theorems for logical gates on product quantum codes
本研究基于Bravyi--König定理的推广,证明超图乘积码上非Clifford逻辑门无法横向实现,且维度限制Clifford层级门的可达性,揭示了qLDPC码容错计算的代数结构限制。
2025-10-16 quant-ph
Quantum Sensing using Geometrical Phase in Qubit-Oscillator Systems
Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室);NASA Ames Research Center(NASA艾姆斯研究中心);USRA Research Institute for Advanced Computer Science(美国大学研究协会先进计算机科学研究所);Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室)
利用量子比特-振子系统中的几何相位实现超越标准量子极限的高灵敏度量子传感
2026-10-27 quant-ph
Peculiarities of Quantum Mechanics: Origins and Meaning
本文从逻辑几何的角度解释了量子力学最特殊的量子特性--量子非定域性、不确定性、概率干涉、量子化、测量过程中的波函数坍缩。证明了关于量子观测量数值的逻辑陈述的真理本身就是量子观测量,并在量子力学中用纯态的密度矩阵表示。从结构上讲,量子力学是将非阿贝尔对称性应用于真值算符及其本征向量--波函数的结果。波函数包含关于给定物理系统中物理可观测量及其相关性的所有可能逻辑陈述的条件真理的信息。这些相关性是逻辑的,因此是非局部的,并且在系统未被观测时存在。我们分析了波函数坍缩现象和测量结果的不可预测性所涉及的物理条件、逻辑和决策操作。Stern-Gerlach和EPR-Bohm实验的一致的解释。"
1996-07-19 quant-ph
Entangling four logical qubits beyond break-even in a nonlocal code
本文在 Quantinuum H2 上用 $[\\![25,4,3]\\!]$ 非局域 qLDPC 码编码四逻辑量子比特 GHZ 态,并以交换门实现逻辑纠缠,保真度超过未纠错物理方案及盈亏平衡点。
2024-08-05 quant-ph
Indistinguishability and the external correlation of mixtures
实验证据、不可约性的物理学及其与量子形式主义的逻辑矛盾都反对与外部不相关的量子混合物的存在,也就是说,支持“与外部不相关的系统的状态是纯的”这一假设。这被证明是等价的“一个系统的状态描述的不可区分的纯态是纯的,”和“宇宙的状态是纯的”,进一步,它产生了一个定量的表达传统的关系welcher Weg信息部分相干。它的结论是,所有的混合物是“不适当的”,一个复合系统的纯态的痕迹减少。
2003-09-14 quant-ph
Many-hypercube codes: High-rate quantum error-correcting codes for high-performance fault-tolerant quantum computing
本文提出多超立方体码,通过级联高码率小规模量子检错码实现30%编码率与逻辑门并行性,并在电路级噪声下取得高错误阈值,为高性能容错量子计算开辟新路径。
2024-08-28 quant-ph
Fault-tolerant logical gates in quantum error-correcting codes
最近,Bravyi和König已经证明,在容错可实现的逻辑门和稳定器代码的几何局部性之间存在权衡。他们认为局部保持操作是由一个恒定的深度几何本地电路,从而容错的建设。特别是,他们表明,对于D空间维度的局部稳定器代码,局部保持门被限制为一组酉门,称为Clifford层次结构的第D层。在本文中,我们阐述了这一想法,并提供了几个扩展和应用,他们的特点在各个方向。首先,我们提出了一个新的自校正量子存储器的no-go定理。也就是说,我们证明了一个三维稳定哈密顿与局部保持实施的非克利福德门不能有宏观能垒。其次,证明了具有非平凡局部保持m级Clifford逻辑门的D维局部稳定子码的码距离上界为$O(L^{D+1-m})$ .对于具有非Clifford门(m>2)的码,这改进了Bravyi和Terhal先前的最佳界。第三,证明了具有非平凡横截m级Clifford逻辑门的码的量子比特损失阈值的上界为1/m。因此,不可能存在具有在Clifford层级的增加层级中的横向门的容错码家族。这个结果适用于任意稳定器和子系统代码,并不限于几何本地代码。第四,我们将Bravyi和König的结果推广到子系统码。一个技术上的困难是,与稳定器代码不同,所谓的联合引理不适用于子系统代码。通过假设子系统代码中存在错误阈值,避免了这个问题,并恢复了与Bravyi-König相同的结论。
2014-08-07 cond-mat.str-el quant-ph
Bridging General Relativity and Quantum Dynamics Through Finite-Resource Logical Models
本文提出 Energy Constrained Linear Causality (ECLC) 框架,利用 Kripke 语义和线性逻辑将因果性、能量和信息视为有限资源,从而桥接广义相对论与量子动力学,为有限物理宇宙中的因果、计算与涌现提供统一的资源感知逻辑。
2025-03-29 quant-ph
Geometrical versus time-series representation of data in quantum control learning
Institute of Theoretical and Applied Informatics, Polish Academy of Sciences(波兰科学院理论与应用信息学研究所)
最近,机器学习技术在分析物理系统和解决量子计算中出现的问题方面变得流行。在本文中,我们专注于使用这样的技术来寻找实现给定的量子逻辑操作的物理操作序列。在这种情况下,我们分析了数据表示的灵活性,并比较了基于不同数据表示的两种机器学习方法的适用性。我们证明,利用控制脉冲的几何结构是足够的实现高保真度的实施的演变。我们还表明,人工神经网络,不像几何方法,具有泛化能力,使他们能够产生控制脉冲的系统与可变强度的干扰。所呈现的结果表明,在某些量子控制场景中,几何数据表示和处理与更复杂的方法相比具有竞争力。
2020-04-29 cs.LG quant-ph
Universal adapters between quantum LDPC codes
本文提出了一种通用的量子LDPC码适配器,用于实现联合逻辑Pauli测量和可寻址的逻辑CNOT门,通过改进的图边扩张和SkipTree算法,提高了容错计算的效率。
2025-12-11 quant-ph
Quantum computation with trapped ions in an optical cavity
提出了一种基于两个原子被囚禁在腔中的双量子比特逻辑门。利用绝热跃迁和芝诺效应有效地抑制了自发跃迁引起的相互作用损失。提出了动态和几何条件相位门。这种方法提供了保真度和其门的成功率非常接近1。因此,它适合于执行量子计算。
2002-03-21 quant-ph
A geometrical derivation of the Dirac equation
我们考虑一个自旋为1/2的粒子在立方时空晶格中以光速运动,给出了狄拉克方程的几何推导。粒子的质量作用于在晶格位置翻转多分量波函数。从一个空间和一个时间维度的情况下的差分方程,我们推广的方法更高的维度。与外部电磁场和引力场的相互作用也被考虑。一个合乎逻辑的解释是,只有在晶格位置,自旋1/2的粒子才知道它的质量和外部场的存在。
2003-02-04 gr-qc hep-ph hep-th
Single-Shot Quantum Error Correction in Intertwined Toric Codes
构造三维交织Toric码(ITC)实现单次量子纠错,其物理起源明确、逻辑算符直观且相图简单,校验子与Kubica-Vasmer码相似并可用其解码方案,揭示了与Walker-Wang模型及测量基量子计算的联系。
2024-08-27 cond-mat.str-el quant-ph
Stacked codes: universal fault-tolerant quantum computation in a two-dimensional layout
我们介绍了一类3D色码,我们称之为堆叠码,连同容错变换,将映射逻辑量子比特编码在二维(2D)色码堆叠码和回来。堆叠代码允许非Clifford $π/8$逻辑门的横向实现,其在与在2D颜色代码中横向的逻辑Clifford门组合时给出了容错和通用的门集合,而不需要非稳定器幻态。然后,我们表明,形成堆叠代码的层可以展开,并安排在一个2D布局。由于只有Clifford门可以横向实现2D拓扑稳定器代码,非本地操作必须纳入,以允许这种横向应用的非Clifford门。我们的代码实现了这一操作,通过从一个2D的颜色代码的转换,以未折叠的堆叠的代码引起的测量只有几何本地稳定器和仪表操作员在大量的2D颜色代码与一个非本地的操作员,具有支持这样的2D代码之间的一维边界。我们相信,这种方法来实现非本地操作是一个现实的二维稳定器布局,将有利于避免魔态蒸馏所造成的大开销。
2016-03-04 quant-ph
Error correction of parity-encoding-based annealing through post-readout decoding
本研究针对奇偶编码量子退火中冗余自旋导致的效率与成本问题,提出在读出后加入经典解码纠错,并通过Monte Carlo模拟验证其可恢复逻辑信息、提升方案可行性。
2024-02-28 physics.comp-ph quant-ph
On the stability of quantum holonomic gates
我们提供了一个统一的几何描述分析的稳定性完整的量子门在不精确的驱动控制(参数噪声)的存在。我们考虑的情况下,这些波动不影响绝热演化,但可以降低逻辑门的性能。利用完整门的固有几何性质,我们证明了在噪声的相关时间和强度的条件下,驱动场的波动抵消。通过这种方式,我们为以前的数值模拟提供了理论支持。我们还简要地评论了由于驱动场的周期的实际和标称时间之间的不匹配的误差,并表明它可以通过适当地增加绝热时间来减少。
2012-09-08 quant-ph
On a Quantum Equivalence Principle
本文从费曼的路径积分表述出发,分析了包含最小耦合原理的广义相对论中量子理论描述的逻辑一致性。我们将从这一观点出发,并使用一个声称引力的广义相对论描述是不完整的论证来论证量子理论的假设与通常的最小耦合原理在逻辑上是不相容的。引力的广义相对论描述是由所谓的味振荡钟的引力诱导相位引起的。它将表明,这种不一致性可能出现的事实,即所需的几何信息,以计算找到一个粒子在各自的流形的任何一点的概率不在于在一个区域中的有限体积。然后,我们提出了一个新的量子最小耦合原理,它是用一个限制路径积分来表示的,并根据这个模型的思想,不仅计算了自由粒子的传播子,而且导出了恢复自由粒子的Feynman情形的条件。计算了双原子星际分子的影响。限制路径积分形式主义与退相干模型之间的关系使我们能够将量子最小耦合原理的问题与波函数的坍缩联系起来。从这最后一句话,我们将主张,所涉及的流形的几何结构充当了一个始终存在的量子粒子上的测量装置。换句话说,在这个提议中,我们将量子最小耦合原理的问题与一个主张联系起来,该主张认为引力可能是驱动波函数坍缩的物理实体之一。
1999-02-10 gr-qc quant-ph
Topological approach toward quantum codes with realistic physical constraints
本文分析并部分回答了以下有关量子码在实际物理约束下编码性能的基本限制的公开问题:(a)具有几何局域生成元的量子纠错码的码距上界;(b)自纠错量子存储器的可行性。为了研究这些问题,我们研究了稳定剂代码支持本地相互作用项的平移和规模对称的$D$维晶格。我们的分析使用拓扑的概念出现在几何形状的逻辑运算符,这揭示了一个令人惊讶的新的光量子编码理论的物理约束。
2011-03-19 math-ph math.MP quant-ph
A no-go theorem for a two-dimensional self-correcting quantum memory based on stabilizer codes
我们研究的稳定器代码,允许一个定期的D-维格的本地描述的性质。具体地说,我们假设一个代码的稳定器组(规范组的子系统代码)可以产生的本地泡利运营商,使任何发电机的支持是有界的一个超立方体的大小恒定。我们的第一个结果涉及的距离$d$与晶格$L$的线性尺寸的最佳缩放。我们证明了一个上界$d=O(L^{D-1})$,它对D= 1,2是紧的.这个界限适用于子空间和子系统稳定器代码。其次,我们分析了稳定子码对构建自校正量子存储器的适用性。任何具有几何局部生成元的稳定子码都可以自然地变换为局部哈密顿惩罚违反稳定子条件的状态。这个哈密顿量的退化基态对应于代码的逻辑子空间。我们证明了当D= 1,2时,不同逻辑态之间的能垒高度的上界是一个与晶格尺寸L无关的常数.如果存在被视为“规范量子位”的未使用的逻辑量子比特,则同样的结果成立。它表明,在D= 1,2维中,自校正量子存储器不能使用稳定子码来构建。这一结果与二维铁磁体形式的经典自校正存储器的存在形成鲜明对比。我们的研究结果为基于二维子系统代码或三维子空间或子系统代码的自校正量子存储器提供了可能性。
2008-11-04 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Moderate-length lifted quantum Tanner codes
本文介绍基于二维几何复形覆盖图与循环/双循环线性码张量积局部码的新量子坦纳码家族,利用细胞同调转移同态分析其参数界,提出中等长度、低校验权重且距离超码长平方根的退化码实例(如[[96,2,12]]码)。
2025-11-17 cs.IT math.CO math.IT