Unitary quantum gates, perfect entanglers and unistochastic maps
研究了酉群上Haar测度诱导的量子门系综的非定域性质。我们分析了酉矩阵U的纠缠熵等于重排矩阵奇异值向量的香农熵。对U（N^2）上的哈尔测度上的熵求平均，我们发现它的渐近行为。对于两个量子比特的量子门，我们导出了相互作用内容的诱导概率分布，并表明完美纠缠体的相对体积为8/3 π \approx 0.85。我们建立了一个单比特双随机映射是单随机映射的显式条件，使得它可以通过在最大混合态下的单比特环境上的部分迹得到.
2013-04-30 quant-ph
Realization of high-fidelity perfect entangler between remote superconducting quantum processors
本文利用同轴电缆驻波模式在30厘米距离的远程超导量子处理器间实现了CNOT和CZ高保真完美纠缠门，保真度分别达99.15%和98.04%，为大规模分布式量子计算奠定了基础。
2024-10-01 quant-ph
Entangling characterization of (SWAP)1/m and Controlled unitary gates
我们研究了（SWAP）1/m（m>=1）和受控酉门的纠缠功率和完美纠缠性质。结果表明，（SWAP）1/2是该族中唯一的完美纠缠子。另一方面，确定局部等价于CNOT的CU的子集。结果表明，该子集是一个完美的纠缠，必须具有最大的纠缠功率。
2009-01-05 quant-ph
Realization of the Optimal Universal Quantum Entangler
我们提出了第一个实验演示的“最佳”和“通用”的量子纠缠过程，涉及量子比特编码的单光子的偏振。“量子纠缠机”的结构由量子注入光参量放大器组成，并实现了1->2普适量子克隆和普适非（U-NOT）门的上下文实现。
2004-10-27 quant-ph
Optimal manipulations with qubits: Universal quantum entanglers
我们分析了纠缠两个最初未纠缠的量子比特的各种情况。特别地，我们提出了一个最优的通用纠缠器，它使处于未知态$|Ψ>$的量子比特与处于参考（已知）态$|0>$的量子比特纠缠。也就是说，我们的纠缠器产生的输出态尽可能接近纯（对称化）态$(|Ψ>|0> +|0>|Ψ>)$。这种纠缠机最吸引人的特点是其性能的保真度（即输出与理想纠缠对称态之间的距离）不依赖于输入，并且取恒定值$F= (9+3\sqrt{2})/14\simeq 0.946$。我们还分析了如何最佳地从一个量子比特初始准备在一个未知的状态$|Ψ\r$的两个量子比特纠缠系统，这是尽可能接近贝尔态$(|Ψ\r|Ψ^\perp\r+|Ψ^\perp\r|Ψ\r)$，其中$łΨ|Ψ^\perp\r =0$。
2000-06-09 quant-ph
Nonlocal characteristics and argand diagram of two-qubit gates
Vellore Institute of Technology（维洛尔理工学院）
研究两量子比特门的非局域特性，通过分析其非局域部分的平方本征值和弦长，揭示纠缠能力与门典型性的表达方式，并划分完美纠缠器的区域。
2025-07-07 quant-ph
Entangling power and local invariants of two-qubit gates
我们展示了一个简单的关系连接纠缠功率和本地不变量的两个量子比特门。从这个关系出发，得到了门具有相同纠缠功率的一般条件。这种关系也有助于找到完美纠缠的纠缠功率的下限，从那里得到的分类门的完美和非完美纠缠的局部不变量。
2010-09-07 quant-ph
Entangling power of two-qubit gates on mixed states
分析了在混合态下，通过使用两量子比特幺正算符从可分态到最大纠缠态的能力。从已知的纯态的情况下，这种扩展表明，至少有两个家庭的门，能够提供最大的纠缠功率的所有值的纯度。值得注意的是，其中一个门与最大不一致门重合。我们给出了分析证明，这样的门确实是完美的纠缠在所有的纯度，并给出了第二个的存在的数值证据。此外，我们发现还有其他的门，事实上有很多门，它们是有限纯度范围内的完美纠缠。这突出了这样一个事实，即如果对整个参数空间进行彻底的分析，原则上可以找到许多完美的纠缠门。
2013-11-22 quant-ph
A geometric theory of non-local two-qubit operations
我们从几何的角度研究了非定域双量子比特操作。通过对su（4）进行Cartan分解，我们发现非局部门的几何结构是一个3-Torus。我们推导出局部变换的不变量，并将这些局部不变量连接到3-Torus的坐标。由于3-Torus上的不同点可能对应于相同的局部等价类，我们使用Weyl群理论来降低对称性。我们证明了两量子比特门的局部等价类与四面体中除底面上的点一一对应。然后，我们研究了完美纠缠的性质，即两个量子比特的操作，可以产生最大的纠缠态从一些最初的可分离的状态。我们提供的标准，以确定是否一个给定的两个量子比特门是一个完美的纠缠，并建立一个几何描述的完美纠缠利用四面体表示的非本地门。我们发现，正好有一半的非局部门是完美纠缠。我们还研究了由一个给定的哈密顿量产生的非局部操作。我们首先研究可以直接由哈密顿量产生的门。然后，我们显式地构造了一个量子线路，它包含最多三个由两体相互作用哈密顿量产生的非局域门，以及最多四个由单量子比特项产生的局域门。我们证明了这样的量子线路可以精确地模拟任意两比特量子门，从而为通用量子计算和模拟提供了一种有效的实现方法。
2002-09-24 quant-ph
Characterizing the geometrical edges of nonlocal two-qubit gates
非定域双量子比特门在几何上由称为外尔腔的四面体表示，其中完美纠缠形成多面体。我们确定的外尔室和多面体的所有边缘形成的单参数门。这些边缘的非局部属性的特征在于使用纠缠功率和本地不变量。特别地，SWAP（功率）α门家族构成外尔腔室的一个边缘，其中SWAP-1/2是唯一的完美缠结器。最后给出了用SWAP-1/2门和多面体三边门构造受控非门的优化方法。
2009-05-30 quant-ph
Low-rank geometry of two-qubit gates
LAAS-CNRS, Université de Toulouse（图卢兹大学 LAAS-CNRS）；Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学）
本文基于两量子比特门的行列式几何，结合Weyl室表示与算子Schmidt理论，将门合成视为距离问题，量化非局域复杂性，并展示iSWAP门是接近局部操作的最完美纠缠门。
2026-11-09 quant-ph
Mitigating Dynamic Crosstalk with Optimal Control
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
本文基于完美纠缠谱利用量子最优控制方法，设计脉冲形状消除动态串扰，显著降低量子硬件中不必要的相互作用。
2026-03-25 quant-ph
Mesoscopic Spin Systems as Quantum Entanglers
通过间接联合测量，我们量化了通过中间介观自旋系统（MSS）纠缠两个非耦合自旋量子比特所需的资源。间接联合测量受益于MSS的集体磁化中的目标量子位的状态的相干放大;使得MSS上的低分辨率集体测量足以准备目标量子位上的后选择纠缠。由两个非相互作用的半部分组成的MSS，每个半部分耦合到目标量子位之一，被识别为允许利用实验可用的控制工具实现放大过程的几何形状。证明了对目标量子比特和MSS的放大态的要求完美地映射到每个目标量子比特与其邻近的半个MSS之间的微-宏纠缠的规范。根据这种等效性，实验的不完善的影响进行了探讨，特别是，目标量子位之间的二分纠缠被证明是强大的不完善的MSS准备。我们的研究为利用中间自旋系统连接分离的量子比特提供了一种新的方法。这也为探索微观和介观自旋系统之间的纠缠开辟了一条新的途径。
2019-10-24 quant-ph
Mechanical qubit-light entanglers in hybrid nonlinear qubit-optomechanics
物质量子比特和光之间的接口是许多量子技术应用的关键条件。然而，通用量子位可能不会直接与相关的光场模式相互作用，因此，可能需要调整频率以匹配各方之间的谐振条件。在这项工作中，我们展示了量子比特与机械振荡器的参数耦合，以及同一物体与光的三线性辐射压力耦合，如何在最佳时间诱导最大量子比特-光纠缠。我们还展示了我们的方法如何使有条件的非经典状态准备的光场状态通过量子比特测量在弱光机械耦合制度，而非经典状态的相同可以动态地实现在中等到强的单光子耦合限制。我们的方案的好处是不需要对机械部件进行任何冷却，并且不需要调整失谐和跃迁频率以在任何量子系统对之间产生共振。
2019-06-06 quant-ph
Time Optimal Unitary Operations
扩展了我们以前关于时间最优量子态演化的工作，我们建立了一个与量子计算直接相关的时间最优幺正操作的变分原理。我们选择两量子比特各向异性的海森堡模型，用三个例子，即量子比特交换，量子傅里叶变换和纠缠门来演示我们的方法。
2007-04-11 quant-ph
Classification of nonlocal two-qubit gates using Schmidt number
由Schmidt分解可知，非定域两量子比特量子门的Schmidt数为2或4。我们确定条件的几何点的门有施密特数2。一个简单的分析表明，施密特数2对应于控制酉门与CNOT是唯一的完美纠缠。此外，它表明，施密特强度和纠缠功率是最大的控制酉家庭中的CNOT。
2010-03-31 quant-ph
Conditions for optimal construction of two-qubit non-local gates
量子门的优化实现是量子计算机设计的关键。得到了两量子比特幺正操作的最优构造的必要条件。可以证明，B门是唯一的门，可以构造一个两个量子比特通用电路只有两个应用，即这个条件也是充分的情况下，两个应用的基本两个量子比特门。研究还表明，一半的完美纠缠子不能模拟任意的两比特门，只有3个应用程序。
2004-11-09 quant-ph
Qudit entanglers using quantum optimal control
本文利用连续Lie代数控制与数字Lie群控制两种量子最优控制方法，在碱土金属原子核自旋编码的qudit中借助Rydberg阻塞效应高效生成高保真纠缠门，并展示了$d=2$到$d=10$范围内的可行性及具体保真度结果。
2023-06-27 physics.atom-ph quant-ph
Generation of perfectly entangled two and three qubits states by classical random interaction
本研究探讨了寻找一个哈密顿量的完美纠缠的可能性，它对应于几个量子信息平台的兴趣在目前的时间。然而，在这项研究中，我们使用了一种从其他量子计算设备中脱颖而出的超导电路，特别是因为量子比特可以通过电容器或微波腔耦合，这使我们能够在设计参数中结合高相干性，快速门和高灵活性。目前有两个因素限制了超导处理器的性能：时序失配和纠缠门限制为两个量子比特。在这项工作中，我们提出了一个两个量子比特的SWAP和一个三个量子比特的Fredkin门，此外，我们还演示了两个和三个可编程超导量子比特之间的完美绝热纠缠产生。此外，在这项研究中，我们还展示了随机退相，发射和吸收噪声对量子门和纠缠的影响。数值模拟结果表明，在弱耦合条件下，CSWAP门和$W$态的产生可以一步完成，且具有较高的可靠性。因此，我们的方案将有助于量子隐形传态，量子通信，和其他领域的量子信息处理。
2022-12-06 cond-mat.supr-con quant-ph
Operator-Schmidt decomposition and the geometrical edges of two-qubit gates
非定域两量子比特量子门用正则分解或等效的算符施密特分解表示。前一种分解导致几何表示，使得所有的双量子比特门形成四面体，其中完美纠缠形成多面体。另一方面，从后面的分解可知，非局部门的施密特数可以是2或4。在这项工作中，后来的分解的一些方面进行了研究。它表明，两个门不同的局部操作具有相同的施密特系数集。利用几何方法，建立了施密特数2对应于受控酉门。此外，所有的四面体和多面体的边缘的特点是使用施密特强度，一个衡量运营商纠缠。发现四面体的一条边具有最大的施密特强度，这意味着该边的所有门都是最大纠缠的。
2011-06-30 quant-ph
Entangling capabilities of Symmetric two qubit gates
我们的工作解决了利用NMR，NQR，Lipkin-Meshkov-Glick哈密顿量产生最大纠缠的两个自旋1/2（量子比特）对称态的问题。这种哈密顿量的时间演化提供了各种逻辑门，可以用于量子处理任务。自旋1/2对已经模拟了物理学中的广泛问题。在这里，我们感兴趣的是两个自旋为1/2的对称态，它们属于角动量基张成的子空间。|j = 1，μ; μ =+1，0，-1}。我们的技术依赖于SU（3）生成元的哈密顿量的分解。在这种情况下，我们定义了一组线性无关，无痕，厄米特运营商提供了一个替代的SU（n）发电机。这些矩阵由角动量算符Jx、Jy、Jz构成。我们构造并研究了作用在对称子空间上的完美纠缠的性质，自旋为1的算符可以从一些适当选择的初始可分离态产生最大纠缠态。
2011-12-15 quant-ph
Optimal Perfect Distinguishability between Unitaries and Quantum Operations
我们研究了幺正操作和一般量子操作之间的最佳完全可分性。在二维情况下，我们给出了一个简单的序列完全可查性的充分必要条件和最优查询时间的解析公式。我们将序列条件推广到一般d维情形。同时，我们提供了一个上界和下界的最佳顺序查询时间。在此过程中，我们提出了一种新的迭代方法，其最大的创新在于它不依赖于辅助系统或纠缠。根据这一思想，我们进一步得到了量子操作和么正操作之间（纠缠辅助）q-最大相似性的上界和下界。因此，通过文[1]中的递归，得到了最优一般完全判别的上界和下界。最后，我们的下界结果可以推广到任意两个量子操作的情况。
2010-10-12 quant-ph
Ancilla-assisted sequential approximation of nonlocal unitary operations
我们认为最近提出的“不去”定理的Lamata等人[物理评论快报。101，180506（2008）]关于不可能借助于巡回辅助系统顺序实现全球单一操作，并在Kraus表示的语言内查看该主张。借助一个非常有用的工具来分析量子操作的纠缠特性，即算符施密特分解，我们提供了另一种证明的“不去”定理，也研究了量子比特和附属物之间的初始相关性的作用，在顺序制备幺正纠缠。尽管从“不去”定理的负面反应，我们明确展示了矩阵乘积算子（MPO）的形式主义如何提供了一个灵活的结构，以开发协议，顺序实现这种纠缠与最佳保真度。建议的数值技术，我们称之为变分矩阵乘积算子（VMPO），提供了一个计算效率高的工具，用于表征非局部酉操作的“全局性”和纠缠能力。
2012-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Comment on "Optimal conversion of Kochen-Specker sets into bipartite perfect quantum strategies"
本文评论Trandafir和Cabello的论文，指出其中存在大量错误、不一致和低效问题，并在正文中详细讨论。
2025-09-10 quant-ph
Native two-qubit gates in fixed-coupling, fixed-frequency transmons beyond cross-resonance interaction
该研究在固定耦合固定频率transmon系统中，利用共振与失谐微波驱动突破交叉共振局限，实现多种原生两比特门并构建B门，性能优于交叉共振编译方案，还给出共振条件与Qiskit实现技术。
2024-05-20 quant-ph
Optimal control for perfect state transfer in linear quantum memory
量子存储器是通过在存储器的每一级中的控制信号的ON/OFF切换来实现光学量子态的传送、存储和检索的系统。特别地，已知的是，对于单光子状态的完美转移，需要输入脉冲的适当成形。然而，通常，这种期望的脉冲形状具有复杂的形式，这在实践中将难以产生。在本文中，对于广泛的一类线性量子存储系统，我们开发了一种方法，该方法在保持完美的状态转移的同时降低了单光子输入脉冲形状的复杂性。关键的想法是双重的;（i）允许控制信号在时间上连续变化以引入附加的自由度，然后（ii）用公式表示最优控制问题以设计简单形式的输入脉冲和相应的控制信号。对λ型原子介质和网络化原子系综进行了数值模拟，验证了所提方法的有效性。
2017-02-20 quant-ph
The Perfect Distinguishability of Quantum Operations
我们给出了一个可行的充分必要条件，证明了从已知量子操作集合中秘密选出的未知量子操作（量子器件）在有限次查询中可以被完全识别，从而完成了量子操作完全可识别性的刻画.我们进一步设计了一个最优协议，该协议可以通过最少的查询次数实现两个量子操作之间的完美区分。有趣的是，采用$q$ -数值范围理论的技术，我们发现，在不使用辅助系统或纠缠的情况下，总是可以实现两个等距之间的最佳完美区分。
2009-08-03 quant-ph
Open and closed spin chains as multiprocessor wires: optimal engineering and reachability
我们考虑一维自旋1/2链任意节点之间的状态的完美转移与优化设计的耦合。由于这样的系统可以用作连接多个量子处理器的数据总线，我们推导出两个必须满足的充分必要条件，以便在任何两个节点之间完美地传输状态，并使用它们来检查开放和封闭的几何形状。分析计算和数值优化进行这两种情况下，以确定某些目标状态的可达性，并提供最佳值的耦合，确保完美的保真度。一个重要的发现是，大小均匀的封闭链允许任何一对站点之间的完美传输，因此是一个有前途的平台，用于实现数据总线协议。
2018-11-26 quant-ph
Entangling power of symmetric two-qubit quantum gates
用纠缠功率来量化量子门在二体系统上产生纠缠态的能力。这个量被定义为在整个可分离状态集合上应用量子门后产生的状态的纠缠的线性熵的平均值。在这里，我们专注于对称的两量子比特量子门，作用在对称的两量子比特空间，并计算纠缠功率的适当的局域不变量。利用$\mathfrak{su}(3)$李代数根向量给出了门的局部等价类的几何描述。这些矢量定义了一个平面上具有六角对称性的原胞，并通过Weyl群确定了平面上包含整个局部等价量子门集合的最小区域。我们给出了条件，以确定当一个给定的量子门产生最大纠缠态从可分离的（完美纠缠）。我们发现，这些门对应于整个局部不同的量子门集合的四分之一。这里开发的理论是适用于一般的三能级系统，其中的非局域性的量子门是与它的能力进行非刚性变换的Majorana星座的状态。用各向异性海森堡模型、Lipkin-Meshkov-Glick模型和两个耦合的具有交叉Kerr相互作用的量子化振子来说明结果。
2021-07-27 quant-ph
Rounding near-optimal quantum strategies for nonlocal games to strategies using maximally entangled states
本文为BCS和XOR等非定域博弈建立了近似刚性结果，证明了近似最优量子策略可逼近使用最大纠缠态的策略，并将该结论推广至同步博弈类。
2025-09-18 quant-ph
Optimal Cloning of Quantum States with a Fixed Failure Rate
如果我们允许克隆者有时完全失败，那么以任意先验概率完美克隆一组已知状态是可能的。在最佳情况下，失效概率是量子力学定律所允许的最小值。在这里，我们表明，它是可能的，以降低失败率低于完美的概率克隆，但付出的代价是，克隆是不完美的，全球保真度小于1。在一对已知状态的情况下，我们确定具有固定故障率（FFR克隆器）的克隆器的最佳保真度。最优性被证明是可达到的测量和准备协议的限制无限多克隆。最佳的协议包括歧视与一个固定的比率不确定的结果，然后准备适当的克隆。在近似无限克隆体的保真度中，收敛性显示出破缺的二级相变。
2016-09-06 quant-ph
Mermin inequalities for perfect correlations
任何具有n个独立完美关联的n量子比特态都等价于一个图形态。我们给出了n < 7量子比特的所有图态的最佳贝尔不等式，它们满足完美相关和最大破坏。其中12个是以前未知的，4个给出了与格林伯格-霍恩-蔡林格态相同的破坏，尽管相应的态对退相干更有抵抗力。
2008-06-16 quant-ph
Perfect stimulated Raman adiabatic passage with imperfect finite-time pulses
本文通过优化双高斯脉冲的截断与相对位置，在STIRAP中实现完美粒子数转移，并提出简单有效的绝热性判据，证明所需时间仅与不保真度成对数关系。
2023-07-04 quant-ph
Reply to Pavičić's 'Comment on "Optimal conversion of Kochen-Specker sets into bipartite perfect quantum strategies"' (arXiv:2502.13787)
本文回复Pavičić的评论，指出其指责源于采用了不同的KS集定义（即“扩展”KS集），并从实验观测语境性和生成二分完美量子策略等物理角度论证了关注原始KS集的合理性。
2025-03-04 quant-ph
Optimal probabilistic storage and retrieval of unitary channels
我们解决的问题的量子存储器存储的量子动力学。特别是，我们设计了一个最佳的协议，$N\to 1$概率存储和检索的酉信道的$d$维量子系统。如果我们只能访问未知的酉门$N$ -次，则其单次使用的完美检索的最佳成功概率是$N/(N-1+d^2)$。导出的存储器系统的大小指数地提高了概率可编程量子处理器所需的程序寄存器的大小的已知上限。我们的研究结果与概率性的参考系完全对准和概率性的基于端口的隐形传态密切相关。
2018-09-12 quant-ph
Achieving fast and robust perfect entangling gates via reinforcement learning
University of Malta（马耳他大学）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Paris Lodron University of Salzburg（萨尔茨堡巴黎洛德龙大学）
本文通过强化学习发现接近最优的脉冲形状以实现快速且鲁棒的完美纠缠门，展示了其在减少校准开销和提升量子计算性能方面的潜力。
2025-11-10 quant-ph
Optimal Gaussian networks for private distributed quantum sensing
Yonsei University（延世大学）
本文刻画了满足完美局部隐私的高斯量子网络，确定了达海森堡标度的最优高斯探针，验证了其超越散粒噪声极限的量子增强灵敏度，为构建隐私保护型连续变量量子传感网络提供通用框架。
2026-08-28 quant-ph
Quantum-phase synchronization
我们研究的机制，允许一个同步的量子相位的两个量子比特相对于一个固定的基础。从一个处于固定参考态的量子比特和另一个处于未知态的量子比特开始，我们发现，与完美量子克隆的不可能性相反，量子相位可以通过联合幺正操作完美同步。当两个量子比特最初都处于纯未知状态时，通过幺正操作实现完美的量子相位同步变得不可能。在这种情况下，我们确定的最大平均量子相位同步保真度，相对相位和相位的分布，并确定最佳的量子线路，实现这一最大保真度。这些最佳的量子线路的一个子集，使完美的量子相位同步一类未知的初始状态限制在布洛赫球的赤道平面。
2016-11-03 quant-ph
Optimal conversion of Kochen-Specker sets into bipartite perfect quantum strategies
本文证明最小输入 BPQS 可由纯态 KS 集获得，并提出从任意 KS 集中提取设置数最少 BPQS 的算法，在 3 至 8 维多个经典 KS 集上恢复或改进了已知最优结果。
2025-02-08 quant-ph
Optimal Fusion Strategies for Quantum Computation
Universität Siegen（锡根大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；Leiden University（莱顿大学）
该研究针对量子计算中的融合策略问题，刻画了k=1量子比特编码下的完美融合策略，证明其普适性并解答开放问题，还为新图参数提供操作解释。
2026-10-01 quant-ph
Optimal discrimination between quantum operations
在本文中，我们讨论了两个给定的量子操作的鉴别问题。首先，基于单比特系统的Bloch表示，给出了非纠缠输入态鉴别两个单比特量子操作的精确最小错误概率。特别地，对于[Phys.Rev.A { \bf 71}，062340（2005）]中讨论的泡利通道，我们使用更直观和可视化的方法来处理它们的鉴别问题。其次，我们考虑了两个量子操作完全区分的条件。特别地，我们得到了两个广义泡利信道完全可区分的充要条件是它们的特征向量正交。
2007-05-17 quant-ph
Genuine fidelity gaps associated with a sequential decomposition of genuinely entangling isometry and unitary operations
我们提请注意存在的"真正的"保真度差距的辅助连续分解真正纠缠等距和量子计算的幺正操作。间隙出现在单向顺序配方中的多量子位操作的二分分解时，其中辅助系统与行中的每个量子位局部交互并且仅交互一次。鉴于已知的"不去"与这样一个理论和实验上理想的分解，各种数字的优点被引入到分析的最佳"保真度"，一个任意的真正的纠缠操作可以承认这样一个顺序的分解。一个有效的变分矩阵产品运营商（VMPO）协议调用，以获得数值上的保真度差距后，真正的纠缠顺序分解所产生的最小值。根据与真正的多体纠缠概念的可能联系，我们将这样获得的间隙的值称为真正的，因为它们独立于附属维度和相关幺正作用于其上的初始状态。
2013-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
