Bohmian Mechanics at Space-Time Singularities. I. Timelike Singularities
本文将玻姆力学扩展到含类时奇点的弯曲时空，以超临界雷斯纳-诺德斯特龙几何的裸类时奇点为例，推导了粒子撞击奇点湮灭及由奇点产生的速率，给出了波函数内边界条件模型，所得理论具量子场论性质且过程类似贝尔型量子场论。
2024-11-29 quant-ph
Spacetime quantum mechanics for bosonic and fermionic systems
Center for Nonlinear Studies (CNLS), Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室非线性研究中心）；Information Sciences, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室信息科学部）；Departamento de Física-IFLP/CONICET, Universidad Nacional de La Plata（拉普拉塔国立大学物理系/IFLP/阿根廷国家科学研究委员会）；Comisión de Investigaciones Científicas (CIC)（科学调查委员会）
本文提出了一种将时空对称结构应用于量子力学的新方法，统一了时空分离的公理，并为路径积分和费米子系统提供了新的视角。
2026-02-09 gr-qc hep-th quant-ph
Discrimination of measurement contexts in quantum mechanics
我们证明，它是可以辨别的方式，已经遵循测量量子可观察量，可以表示在不同的产品的可观察量，而没有这样的歧视是可能的，通过分配预定值。具体来说，我们展示了如何区分不同的路线（上下文）来测量C=AB=A'B'，当C，A，B和C，A'，B'彼此通勤，但A和B不与A'和B '通勤。
2011-10-08 quant-ph
Perfect state distinguishability and computational speedups with postselected closed timelike curves
Bennett和Schumacher的后选择量子隐形传态是一个封闭的类时曲线（CTC）模型，导致了与Deutsch模型物理上不同的结果。我们表明，即使是一个单一的量子比特通过一个后选择的CTC（P-CTC）是足以做任何后选择的量子测量，我们讨论了“德国”CTC（D-CTC）和P-CTC之间的一个重要区别，其中P-CTC的未来存在可能会影响目前的实验结果。然后，基于Bennett和Smith的建议，我们明确地展示了一个由P-CTC辅助的参与方如何区分一组线性无关的量子态，并证明了这样的参与方不可能区分一组线性相关的量子态.因此，P-CTC的能力弱于D-CTC，因为Holevo界限仍然适用于使用它们的电路，而不管它们是否有能力违反不确定原理。然后，我们讨论了如何在线性量子力学中不可区分的量子混合物的不同概念导致涉及P-CTC的非线性量子力学中的显著不同的结论。最后，我们给出了明确的电路结构，可以有效地因数整数，有效地解决任何决定问题的NP和coNP的交集，并概率解决任何决定问题的NP。这些电路只需要一个量子比特回到过去就可以完成这些任务，它们利用后选择的封闭类时曲线的能力为无效答案创造祖父悖论。
2011-09-20 gr-qc quant-ph
Reply to comment on "Information Flow of quantum states interacting with closed timelike curves"
我们对Klobus等人的评论作出回应，强调等效电路一旦构建，就遵守量子力学的标准规则-因此在我们的模型中如何选择初始状态没有歧义。我们讨论了通过对纠缠态的测量产生的非本地相关系综与通过本地制备产生的相关系综之间的区别。
2011-12-05 quant-ph
Minkowski space from quantum mechanics
将彭罗斯自旋几何定理从SU(2)、E(3)扩展到E(1,3)不变量子系统，推导类时直线洛伦兹距离与4动量等E(1,3)不变可观测量的关系，证明经典极限下可恢复闵可夫斯基空间度量结构。
2024-03-06 gr-qc quant-ph
Closed timelike curves and the second law of thermodynamics
爱因斯坦的广义相对论方程的解的许多新的含义之一是封闭的类时曲线（CTC），这是通过时空的轨迹，允许时间旅行到过去，而不超过光速。使用CTC的两种主要量子计算模型分别由Deutsch（D-CTC）和Bennett和Schumacher（P-CTC）介绍。与经典理论中CTC导致逻辑悖论不同，量子D-CTC模型提供了一个解决方案，由于施加在进化系统上的自洽条件，因此在逻辑上是一致的，而量子P-CTC模型通过后选择来选择这样的解决方案。这两个模型是不等价的，并暗示了量子计算和量子力学领域的非标准现象。在这项工作中，我们研究了这两个模型对热力学第二定律的影响-热力学第二定律的基本原则，即在一个孤立系的熵永远不会减少。特别地，我们构造了基于CTC的量子线路，这导致了熵的减少。
2019-01-09 gr-qc quant-ph
Any quantum state can be cloned in the presence of closed timelike curves
封闭类时曲线（CTC）的可能存在引起了人们对关于什么是物理上可能的，什么是不可能的基本问题的关注。一个例子是量子力学中的“无克隆定理”，它指出不存在任何物理手段可以完美地复制或复制一个未知的任意量子态。使用Deutsch的方法，我们在这里表明，这个定理可以绕过封闭的类时曲线的存在下，允许克隆一个未知的任意量子态从一个有限的字母表的状态。由于“不可克隆定理”在量子信息科学的发展中发挥了核心作用，很明显，CTC的存在将从根本上改变量子信息技术的规则。然而，我们表明，这种类型的克隆并不违反无信号的标准。
2010-10-12 gr-qc hep-th quant-ph
Optimal state discrimination and unstructured search in nonlinear quantum mechanics
量子力学的非线性变体可以解决标准量子理论中不可能完成的任务，例如完美区分非正交态。在这里，我们使用Gross-Pitaevskii方程推导出区分量子比特两种状态的最佳方案，Gross-Pitaevskii方程是一种非线性量子力学模型，它是玻色-爱因斯坦凝聚体的有效描述。使用该协议，我们提出了一种算法，在Gross-Pitaevskii模型的非结构化搜索，获得了指数级的改善，比以前的算法的迈耶和黄。这一结果对Gross-Pitaevskii近似的有效性提出了限制。更一般地说，我们在一系列相关的非线性下表现出类似的行为，证明了快速区分非正交态的能力，从而解决了非结构化搜索是非线性量子力学的一个通用特征。
2016-04-27 quant-ph
Proper and improper density matrices and the consistency of the Deutsch model for Local Closed Timelike Curves
我们讨论的概念，适当的和不适当的密度矩阵，我们认为，这个问题是至关重要的理解的量子力学CTC模型提出的Deutsch。我们得出的结论是，在现实的解释下，正确的和不正确的密度算子之间的区别是不是一个相对论协变的概念，这一事实导致的结论，D-CTC模型是物理不一致的。
2012-03-13 quant-ph
Revisiting Integer Factorization using Closed Timelike Curves
封闭类时曲线是相对论有效的对象，允许时间旅行到过去。把它们当作计算对象，就可以得到许多非相对论性量子力学无法得到的结果。最近，经典和量子计算的研究集中在有效地利用这些曲线的力量。特别地，Brun（Found.Phys.Lett.，2003）已经表明，CTC可以用来有效地解决问题，如因子分解和QSAT（量化的可满足性问题）。在本文中，我们发现了一个缺陷的Brun的算法，并提出了一个修改的算法来规避缺陷。
2019-01-23 quant-ph
Quantum state cloning in the presence of a closed timelike curve
封闭类时曲线（CTC）的可能存在引起了人们对关于什么是物理上可能的，什么是不可能的基本问题的关注。一个例子是量子力学中的“无克隆定理”，它指出不存在任何物理手段可以完美地复制或复制一个未知的任意量子态。使用Deutsch方法，我们证明了在封闭的类时曲线的存在下，可以绕过不可克隆定理，允许从有限状态字母表中随机选择一个量子态的完美克隆。此外，我们表明，可以构造一个通用的克隆，当作用于一个完全任意的量子比特状态，超过了保真度的无克隆界。由于不可克隆定理在量子信息科学的发展中发挥了核心作用，很明显，封闭类时曲线的存在将从根本上改变量子信息技术的规则。然而，我们表明，这种类型的克隆并不违反无信号标准。
2012-07-25 gr-qc hep-th quant-ph
General Resource Theories in Quantum Mechanics and Beyond: Operational Characterization via Discrimination Tasks
我们建立了一个操作表征一般凸资源理论-描述的资源内容，不仅国家，而且测量和渠道，无论是在量子力学和一般概率理论（GPT）-在国家和渠道歧视的背景下。我们发现，歧视任务提供了一个统一的操作描述的量化和操纵的资源，显示家庭的鲁棒性措施可以被理解为任何物理资源在几个不同的歧视任务提供的最大优势，以及建立这样的歧视问题可以充分表征允许的转换内给定的资源理论。具体来说，我们引入量化的资源丰富的状态，测量，和通道在任何GPT的广义鲁棒性的基础上，并表明他们确切地表征了最大的优势，一个给定的资源提供了所有的自由状态，测量，或通道在一类状态或通道歧视任务。在量子力学中，我们证明了测量的鲁棒性可以被理解为与自由测量相比，一次性可访问信息的最大增加。此外，我们赋予了一个国家的标准的鲁棒性与操作意义的量化的最大优势，在二进制通道歧视任务。最后，我们表明，几类通道和状态歧视的任务可以形成完整的家庭的单调充分表征的状态和测量的转换下，任何选择的自由操作类。我们的研究结果建立了一个基本的业务任务的歧视和资源理论的核心概念之间的联系，有效的所有物理理论，没有额外的假设所需的GPT的结构。
2019-10-01 math-ph math.MP quant-ph
General boundary quantum field theory: Timelike hypersurfaces in Klein-Gordon theory
我们表明，真正的大规模克莱因-戈登理论承认在各种类时超曲面和振幅相关的区域由它们所界定的状态的描述。这实现了量子场论一般边界框架的关键要素。所考虑的超曲面一方面是超平面，另一方面是类时超柱面。后者导致第一个明确的例子振幅与有限区域的空间，并承认没有标准的描述方面的“初始”和“最终”的状态。在这个例子中，我们展示了一个广义的概率解释，超越了标准量子力学的适用性。
2006-03-17 hep-th quant-ph
The quantum mechanics of time travel through post-selected teleportation
本文讨论了封闭类时曲线（CTC）的量子力学和其他可能的时间旅行方法。我们分析了这样的量子时间旅行的具体建议，基于后选择隐形传态（P-CTC）的CTC的量子描述。我们将P-CTC理论与之前提出的时间旅行量子理论进行了比较：该理论在物理上与Deutsch的CTC理论不等价，但它与路径积分方法（最适合分析弯曲时空中的量子场论）是一致的。我们推导出一个时序尊重系统与CTC相互作用的动力学方程。我们讨论了在广义相对论封闭类时曲线的情况下时间旅行的可能性，并研究了P-CTC对提高计算能力的影响。
2010-07-19 quant-ph
Implementing Non-Projective Measurements via Linear Optics: an Approach Based on Optimal Quantum State Discrimination
我们讨论的问题，实现广义测量（POVM）与线性光学，无论是基于静态线性阵列或包括条件动态。在我们的方法中，一个给定的POVM应被确定为一个选择的成本函数的优化问题的解决方案。我们制定了一个一般原则：实施是唯一可能的，如果存在的线性光学电路的量子力学最佳（最小值）仍然是可达到的失相后，相应的量子态。一般原则使我们能够，例如，推导出一组必要条件的线性光学实现的POVM，实现量子力学最佳明确的歧视两个纯粹的非正交状态。这推广了我们以前关于投影测量和正交态的精确判别的结果。
2006-06-22 quant-ph
$\mathcal{PT}$-Symmetric Quantum State Discrimination for Attack on BB84 Quantum Key Distribution
量子密钥分发或QKD使用具有新的安全属性的量子力学/信道来提供对称密钥分发。量子密钥分配的安全性依赖于量子态鉴别问题的难度。我们发现$\mathcal{PT}$对称性的最新发展可以用来加速量子态鉴别问题，从而攻击BB84 QKD方案。我们分析了BB84方案的安全性，并表明该攻击比以前的厄米量子态鉴别方法显着提高了窃听成功率。利用$\mathcal{PT}$ -对称量子力学提供的额外自由度，设计并分析了攻击BB84 QKD协议的方法.
2021-02-20 cs.IT math.IT quant-ph
Closed timelike curves via post-selection: theory and experimental demonstration
封闭类时曲线（CTC）是时空中的轨迹，它有效地在时间上向后旅行：遵循CTC的测试粒子原则上可以与过去的自己相互作用。CTC出现在爱因斯坦场方程的许多解中，任何未来广义相对论的量子版本都必须使它们与量子力学和量子场论的要求相协调。Deutsch提出了一个被广泛接受的CTC的量子理论。在这里，我们探索了CTC的另一种量子公式，并表明它在物理上与Deutsch的公式不等价。因为它是基于结合量子隐形传态与后选择，我们的理论的预测/retrodictions是实验检验：我们报告的实验结果证明我们的理论的解决方案的著名的“祖父悖论。
2010-05-12 quant-ph
Discrete mechanics, time machines and hybrid systems
对T.D. Lee，我们构造了一类离散的经典Hamilton系统，其中时间是动力学变量之一。这包括一个时间机器的玩具模型，它可以在时间上向前和向后旅行，并且不同于基于封闭类时曲线（CTC）的模型。在连续极限，我们探讨了这种时间反转机器和量子力学对象之间的相互作用，采用最近的量子经典混合体的描述。
2013-10-10 gr-qc physics.class-ph quant-ph
Optical realization of optimal unambiguous discrimination for pure and mixed quantum states
量子力学禁止非正交态之间的确定性区分。尽管如此，明确区分非正交态的能力是量子信息处理中的重要基础。在这项工作中，我们通过实验实现广义测量的光学系统，并证明了第一个最佳的明确区分三个非正交状态，成功率为55%，与25%的最大可实现使用投影测量进行比较。此外，我们提出的第一个实现明确区分纯态和非正交混合态。
2004-11-12 quant-ph
Thermodynamic bound on quantum state discrimination
本文通过分析具有量子内部自由度的理想气体 Peres 循环，证明热力学第二定律给出量子态区分精度的非平凡上界，该界等价于 Holevo 界而松于 Holevo-Helstrom 界。
2024-01-22 quant-ph
Limits of Absoluteness of Observed Events in Timelike Scenarios: A No-Go Theorem
Indian Institute of Technology Dharwad（达尔瓦德印度理工学院）；S. N. Bose National Center for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）；University of Bristol（布里斯托大学）
本文基于量子理论与观察事件绝对性之间的矛盾，提出因果友善悖论，并展示量子力学违反因果不等式，从而质疑绝对事件绝对性等假设。
2026-03-30 quant-ph
$\mathcal{PT}$-Symmetric Quantum Discrimination of Three States
如果已知系统处于两个非正交量子态之一，$|ψ_1\rangle$或$|ψ_2\rangle$，则由于么正性约束，不可能通过单个测量来区分它们。在常规厄米量子力学中，成功鉴别可能以概率$p < 1$执行，而在$\mathcal{PT}$对称量子力学中，\textit{simulated single-measurement}量子态鉴别可以以成功率$p$执行。我们将$\mathcal{PT}$对称量子态判别方法推广到三个纯量子态$|ψ_1\rangle$、$|ψ_2\rangle$和$|ψ_3\rangle$的情形，而对这些态的几何和对称性没有任何额外的限制.我们讨论了我们的方法与最近实施的IBM量子处理器上的$\mathcal{PT}$对称性的关系。
2021-06-06 cs.CR cs.IT math.IT
On the discrimination between classical and quantum states
为了给量子力学的基础研究和量子技术的应用提供一个有用的工具，本文研究了三种二体光学系统的量子度量化：一种基于亚散粒噪声相关，一种与反聚束相关，一种源于纠缠决定.详细讨论了由热态、相干态和压缩态作为种子的参量下转换的具体情况。
2009-09-29 quant-ph
Revisiting consistency conditions for quantum states of systems on closed timelike curves: an epistemic perspective
近年来，人们对封闭类时曲线（CTC）在量子力学系统动力学中的作用产生了极大的兴趣。这个领域的绝大多数研究都使用了Deutsch开发的动力学方程，这些方程是从一个一致性条件发展而来的，该条件假设混合量子态唯一地描述了系统的物理状态。我们从认识论的角度批评这种一致性条件的选择，即，一种观点，其中量子态代表关于系统的知识状态。我们证明，直接应用Deutsch的条件时，混合状态被视为代表观察员的知识的系统可以隐藏时间旅行悖论的观察员，而不是解决它们。为了进一步阐明穿越CTC的量子系统的适当动力学，我们使用了一个玩具认知理论，由于Spekkens的严格经典本体论，并表明，与Deutsch的结果相反，时间旅行的许多传统的悖论效应是存在的。
2012-03-07 quant-ph
Mixedness and Entanglement in the presence of Localized Closed Timelike Curves
在假设自然界中存在量子力学封闭类时曲线的基础上，通过引入量子比特系统，并在CR和CTC系统之间应用一般的受控操作，研究了CR系统的混合性和纠缠性.我们使用Bloch向量的大小作为混合性的度量。非直观地说，即使是完全混合的CR量子比特，也可以在CTC量子比特绕P-CTC运动后转变为纯态。当D-CTC不能增加CR系统的纠缠度时，P-CTC可以增加CR系统的纠缠度，并且当P-CTC存在时，任何部分纠缠态都可以成为最大纠缠纯态。因此，可以容易地实现P-CTC辅助纠缠的蒸馏，而无需制备部分纠缠态的多个副本。
2016-05-13 hep-th quant-ph
Quantum-limited discrimination of laser light and thermal light
理解光学传感器的基本灵敏度极限需要对传感任务进行完整的量子力学描述。在这项工作中，我们计算的基本（量子）限制区分纯激光和热噪声在光子饥饿制度。计算了单模测量鉴别误差概率的Helstrom界以及直接检测、相干零差检测和Kennedy接收机的误差概率界。一个广义的肯尼迪（GK）接收机接近Helstrom极限。我们提出了一个实验演示这个传感任务，并证明$15.4$ dB的改善，直接检测使用GK接收机的歧视灵敏度，并改善$19.4\%$的错误概率相干检测。
2021-04-30 quant-ph
Fully Symmetric Relativistic Quantum Mechanics and Its Physical Implications
提出了一种新的相对论性量子力学公式，并将其应用于闵可夫斯基时空中自由、有质量、自旋为零的基本粒子。这种重新表述要求时间和空间，以及类时间隔和类空间隔被同等对待，这使得新理论完全对称，并与狭义相对论保持一致。该理论正确地再现了路径积分形式主义中相对论粒子的经典作用，并允许引入一个新的量，称为矢量质量，其物理意义的非局域性，不确定原理，和量子真空的描述和讨论。
2021-05-31 quant-ph
Quantum state cloning using Deutschian closed timelike curves
我们证明，在Deutschian封闭类时曲线（D-CTC）的存在下，克隆量子态到任意精度是可能的，随着CTC系统的维数变大，保真度在极限下收敛到1--从而解决了来自[Brun et al.，Physical Review Letters 102，210402（2009）]。这个结果来自于D-CTC辅助的方案，用于产生在已知本征基中制备的量子态的完美克隆，以及人们可以从信息完整测量的概率的经验估计重建量子态的近似的事实。我们的研究结果意味着更一般的是，每个连续的，但在其他任意非线性映射从状态到状态可以实现任意精度的D-CTC。此外，我们的研究结果表明，Deutsch的CTC模型实际上是一个经典的模型，在这个意义上，两个任意的，不同的密度算子是完全可区分的（在一个大的CTC系统的限制），因此，在这个模型中，量子力学成为一个经典的理论，其中每个密度算子是一个独特的点在一个经典的相空间。
2013-10-19 quant-ph
Quantum process discrimination with restricted strategies
量子过程的鉴别，包括量子态、量子信道和量子超信道，是量子信息理论中的一个基本课题。当鉴别策略被限制在量子力学允许的所有策略的给定子集时，分析可以实现的最佳性能通常是有趣的。在本文中，我们提出了一个一般的任务，寻找最大的成功概率判别量子过程作为凸优化问题的拉格朗日对偶问题显示零对偶间隙。所提出的公式可以适用于任何限制策略。我们还得到了一个最优的限制策略是最优的所有策略的集合内的必要条件和充分条件。我们提供了一个简单的例子，在这个例子中，由我们的公式给出的对偶问题比原来的问题更容易解决。我们还表明，每个限制过程歧视问题的最佳性能可以写在一定的鲁棒性措施。这一发现有可能提供更深入的了解各种限制策略的歧视性能。
2021-12-14 quant-ph
Protocol for nonlinear state discrimination in rotating condensate
本研究针对线性量子力学无法实现的量子信息处理问题，提出基于环形玻色-爱因斯坦凝聚体的量子态鉴别实验方案，利用玻色原子角动量叠加态编码量子比特，仅需读取单量子化环流态即可实现操作。
2024-06-21 quant-ph
Discrimination against or in favor of qubits in quantum theory
在量子逻辑的背景下，可以将无色散概率分配给与量子比特有关的实验命题。这使得量子比特不同于其余的量子系统，因为后者不允许概率只有0和1。本文表明，擦除量子位歧视导致一个模型的计算，允许执行许多原始的操作在一个大规模的并行方式。在本文中，它表明，这样的模型（可以被称为量子并行随机存取机，QPRAM）是量子力学合理的。
2020-04-09 math-ph math.MP quant-ph
The Logic of Quantum Mechanics Derived from Classical General Relativity
首次从经典广义相对论推导量子力学逻辑，通过将粒子建模为含闭合类时曲线的4-geon，证明测量命题满足正交模格而非布尔逻辑。
1997-06-09 gr-qc hep-th quant-ph
Experimental quantum phase discrimination enhanced by controllable indistinguishability-based coherence
量子相干性是量子力学的一个基本特征，是量子信息处理的重要资源。相干对于非全同粒子和全同粒子来说，是以一种根本不同的方式出现的，因为对后者来说，存在着一种独特的贡献，这种贡献与非全同粒子不可能出现的不相容性有关。我们通过光学装置实验证明了这种对量子相干性的额外贡献，表明其量直接取决于不可分辨性的程度，并利用它来运行量子相位鉴别协议。此外，所设计的设置允许用光子模拟费米子粒子，从而评估粒子统计（玻色子或费米子）在相干生成和利用中的作用。我们的实验证明，独立不可分辨粒子可以为量子精密测量提供一个可控的相干源。
2021-03-27 quant-ph
Quantum advantage for noisy channel discrimination
许多量子力学实验可以看作是已知量子线路和未知量子过程之间的多轮交互协议。已知与仅允许非相干访问时相比，对未知过程的完全量子“相干”访问在许多辨别任务中提供优势，但不清楚当过程有噪声时这种优势是否持续。在这里，我们表明，一个量子优势可以保持区分两个嘈杂的单量子比特旋转通道时。数值和分析计算揭示了完全相干和完全不相干的协议作为噪声强度的函数的最佳性能之间的一个明显的过渡。此外，相干量子优势的区域的大小在信道使用的数量上逆多项式地收缩，并且在中间状态下，改进的策略是完全相干和完全不相干子例程的混合。完全相干协议是基于量子信号处理，提出了一个可推广的算法框架，在现实的噪声存在下的量子优势的研究。
2021-05-18 quant-ph
PT-symmetric quantum state discrimination
假设已知一个系统处于两个量子态之一，$|ψ_1 > $或$|ψ_2 >$。如果这些状态不是正交的，那么在传统的量子力学中，就不可能通过一次测量来确定系统处于哪个状态。然而，因为非厄米PT对称哈密顿量确定了适合于物理状态的希尔伯特空间的内积，所以总是可以选择该内积，使得两个状态$|ψ_1 > $和$|ψ_2 > $正交。因此，量子态鉴别原则上可以用单次测量来实现。
2010-11-08 hep-th math-ph math.MP
Experimental minimum-error quantum-state discrimination in high dimensions
量子力学禁止通过Single Shot测量来完全区分非正交状态。为了优化这项任务，设计了许多策略，后来成为量子信息处理的基本工具。在这里，我们解决了开创性的最小误差（ME）测量，并给出了第一个实验证明其应用于区分非正交状态在高维。我们的计划的目的是区分对称的纯态编码的光场的横向空间模式，最佳的测量是通过这些模式的傅里叶变换基础上的投影。对D = 2 ~ D = 21的近14000个态进行测试，实验结果与理论值的偏差在0.3%~ 3.6%之间（绝大多数在2%以下），显示了我们方案的优良性能。这种ME测量是许多量子通信协议的高维实现的构建块，包括概率状态歧视，非最大纠缠的密集编码和加密方案。
2017-03-08 physics.optics quant-ph
Carnot Meets Quantum Information: A Thermal Machine Driven by Non-orthogonal State Discrimination
Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）；School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）
该研究提出由概率非正交态区分驱动的双热源量子机器，揭示其在η_C-μ参数空间的功能相变，明确量子力学与热力学共同约束信息到能量的转换。
2026-10-07 quant-ph
Discriminating single-photon states unambiguously in high dimensions
唯一识别量子态的能力是量子科学不可或缺的一部分，但对于非正交态，量子力学排除了确定性、无误差的区分。然而，使用非确定性协议的明确的状态歧视（USD），使错误的状态区分，在一个较低的成功频率的成本。我们区分实验非正交，高维状态编码在单光子，我们的结果范围从尺寸$d=2$到$d=14$。我们量化我们的方法的性能，通过比较总的测量误差率预测的最小误差状态歧视的理论速率。对于选定的状态，我们发现一个更低的错误率超过一个标准差的尺寸高达$d=12$。这种方法将立即应用于量子信息协议的高维实现，如量子密码学。
2014-03-15 quant-ph
Achieving minimum-error discrimination of an arbitrary set of laser-light pulses
激光被广泛用于通信和传感应用，因此相干态（激光器发出的光的量子态）的最佳鉴别具有巨大的实际意义。然而，量子力学对区分不同相干态的程度施加了基本限制，即使使用完美的检测器，也将这种区分限制为具有有限的最小错误概率。虽然传统的光接收器导致的错误率远高于这个基本限制，Dolinar发现了一个明确的接收器设计，包括光反馈和光子计数，可以实现最小的错误概率来区分任何两个给定的相干态。将这种构造推广到更大的相干态集合已被证明是具有挑战性的，证明基于线性光学的自适应测量策略可能存在固有的限制。在这封信中，我们展示了如何使用资源高效的量子计算机来实现对任何相干态集的最佳区分。我们的构造利用了最近关于区分多拷贝量子假设（arXiv：1201.6625）和相干态性质的结果。此外，我们的建设是可重用的，可组合的，并适用于设计量子有限的相干态信号的处理，以优化任何度量的选择。作为说明性的例子，我们分析了性能的判别一个三进制字母表，并显示如何量子线路的接收器设计来区分一个二进制字母表可以重用在判别多模假设。最后，我们表明，我们的结果可以用来实现量子限制的经典信息传输的速率在一个有损的光信道，这是已知的超过香农率的所有传统的光接收机。
2012-08-29 quant-ph
Unitary Closed Timelike Curves can Solve all of NP
Tel Aviv University（特拉维夫大学）
本研究在广泛认可的难度假设下证明NP包含于线性闭合类时曲线对应的量子复杂度类BQP_ℓCTC，且该结论可通过更具物理可能性的幺正可纯化过程矩阵实现，推翻了非线性是CTCs求解NP问题关键的传统认知。
2026-11-02 quant-ph
NP-complete Problems and Physical Reality
NP完全问题能否在物理世界中有效解决？我调查的建议包括肥皂泡，蛋白质折叠，量子计算，量子咨询，量子绝热算法，量子力学的非线性，隐藏变量，相对论时间膨胀，模拟计算，马拉芒-霍加斯时空，量子引力，封闭的类时曲线，和“人择计算”。关于肥皂泡的部分甚至包括一些“实验”结果。虽然我不相信任何建议将让我们有效地解决NP完全问题，但我认为，通过研究它们，我们不仅可以了解计算，而且可以了解物理学。
2005-02-21 cs.CC gr-qc quant-ph
Resources needed for non-unitary quantum operations
由有效的非厄米哈密顿量产生的非幺正操作可以用来产生在厄米量子力学中不可能的量子态操纵。这些操作包括状态准备（或冷却）和非正交状态鉴别。在这项工作中，我们提出了一个下界的资源所需的建设一些给定的非酉进化。无源系统进行了详细研究，并得出了这样一个系统的一般特征。在解释我们的结果使用奇异值分解，几个例子进行了研究分析。特别是，我们提出了一个下界的非厄米态制备和非正交态歧视所需的资源。
2012-12-19 quant-ph
Quantum Mechanics of Consecutive Measurements
在同一系统上进行的连续量子测量可以揭示量子理论因果结构的基本见解，并探索量子测量问题的不同方面。根据哥本哈根解释，测量会影响量子系统，使得量子叠加在测量之后崩溃，从而消除了先前状态的任何知识。我们表明，在一个崩溃的图片的测量序列是等效的量子马尔可夫链，并考虑连续与两个以上的探测器相互作用的量子波函数的幺正演化揭示了实验测量的崩溃和幺正图片之间的差异。我们报告的非马尔可夫性质的连续测量是一致的最佳量子态歧视的早期发现。
2016-02-02 quant-ph
Optimal universal learning machines for quantum state discrimination
我们考虑的问题是正确分类一个给定的量子二能级系统（量子比特），这是已知的两个同样可能的量子态之一。我们假设这个任务应该由一个量子机器来完成，它没有对两个模板态的完整经典描述，但只能有关于它们的纯度和相互重叠程度的部分先验信息。此外，类似于经典的监督学习范式，我们假设机器可以通过在第一模板状态下准备的$n$量子比特和在第二模板状态下准备的$n$更多量子比特来训练。在这种情况下，我们感兴趣的最佳过程，正确分类的输入量子比特与量子力学允许的最大概率。该问题的研究在其充分的一般性，为一些不同的先验信息的情况下，并为任意大小的$n$的训练数据。有限尺寸的渐近极限附近的修正$n\rightarrow \infty$也来自。当状态被假定为纯的，与已知的重叠，该问题也解决了d-能级系统的情况下。
2019-03-11 quant-ph
Probability current in zero-spin relativistic quantum mechanics
本文提出零自旋相对论量子力学的反对称旋量张量表示，给出正定概率流，与自旋1/2情形类似，并证明除自由粒子外与Klein-Gordon表述不等价，二次量子化可能产生新相互作用项。
2017-12-21 hep-th math-ph math.MP
Generalized Uncertainty Relations and Quantum Speed Limits
Wilczek Quantum Center, School of Physics and Astronomy（物理与天文学院斐兹克量子中心）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
本文提出一个统一的混合量子力学框架，结合代数变形与空间非局域性，推导出插值于q-变形和分数量子力学的广义不确定性关系，并建立混合哈密顿量的量子速度限制定理，揭示变形参数、分数阶次和外部势对量子态演化速率的调节机制。
2026-04-25 quant-ph
Unifying spacetime approaches to quantum mechanics
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文通过时空态统一了多种时空量子力学方法，揭示了路径积分、量子态随时间演化、伪密度矩阵等方案的内在联系，并探讨了其在量子基础、相对论量子场论等领域的应用。
2026-06-12 gr-qc hep-th math-ph
From spin squeezing to fast state discrimination
University of Georgia（佐治亚大学）
本文研究了在大N极限下自旋压缩态在量子态鉴别中的应用，探讨了非线性量子门与自旋压缩之间的联系，并提出了双组分凝聚态作为非线性量子比特的潜在平台。
2026-05-09 cond-mat.quant-gas quant-ph
Dealing with ignorance: universal discrimination, learning and quantum correlations
在许多假设状态中区分量子系统的状态的问题通常是在假设人们对系统的可能状态有完美的知识的情况下解决的。在这篇论文中，我分析了在面对这些问题的先验信息的作用，并考虑有关可能的状态的信息是不完整的情况下。在完全忽略可能状态的身份之前，我讨论了一个量子比特状态的量子“可编程”鉴别机，它使用量子编码将这些信息作为输入程序，而不是作为经典描述。这些机器的最佳性能进行了研究，一般量子比特状态时，提供了几个副本，在计划的明确，最小误差，误差容限歧视。然后，进一步采取这种类型的自动化识别任务。通过将可编程机器实现为通过量子信息训练以执行特定任务的设备，我提出了一种用于对量子比特状态进行分类的量子“学习”机器，其不需要量子存储器来存储量子比特程序，并且尽管如此，其性能与量子力学允许的一样好。因此，这种学习机器允许几种最佳用途，而不需要重新训练。一个类似的学习计划也讨论了相干态的光。我提出它的背景下，读出的经典记忆的经典相关的相干信号，当这些是由一个不完美的来源。我表明，在这种情况下，存储在存储器中的信息的检索可以更准确地进行时，使用完全通用的量子测量。最后，作为一个横向的主题，我提出了一个有效的算法的方式分解任何量子测量到凸组合的简单（极值）的测量。
2014-07-17 math-ph math.MP quant-ph
Single-shot Quantum State Classification via Nonlinear Quantum Amplification
Princeton University（普林斯顿大学）；Cornell University（康奈尔大学）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Yale University（耶鲁大学）
本文提出通过非线性量子放大实现单次量子态分类，优化测量链以提升分类性能，揭示非线性放大在量子态鉴别中的优势与局限。
2026-08-20 quant-ph
On the existence of quantum representations for two dichotomic measurements
在什么条件下测量结果的概率具有量子力学模型？这类问题解决的情况下，两个二分法冯诺依曼测量，可以重复应用到一个量子系统的平凡动力学。该解决方案使用的方法从算子代数理论和矩问题的理论。随后的条件揭示了某些量子力学概率之间令人惊讶的简单关系。它还表明，一般来说，这些关系都不成立一般的概率模型。这一结果可能有助于进一步区分量子力学和其他一般概率理论。
2010-02-16 math-ph math.MP quant-ph
Non-Hermitian Hamiltonians and no-go theorems in quantum information
最近，非厄米量子力学（NHQM）的非物理意义在文献中得到了讨论。特别是，明显违反无信号定理，歧视非正交态，和增加量子纠缠的本地操作的报告，因此NHQM不被认为是一个基本的理论。在这里，我们表明，这些和其他不去的原则（包括不克隆和不删除定理）的传统量子力学仍然成立有限维非厄米量子系统，包括宇称时间对称和伪厄米的情况下，如果它的形式是适当的应用。我们发展了一个修正的NHQM公式的基础上的希尔伯特空间的几何，这是符合传统的量子力学厄米系统。使用这个公式的有效性，这些原则可以显示在一个简单而统一的方法。
2019-12-17 quant-ph
Operational Resource Theory of Imaginarity
波粒二象性是量子力学的基本特征之一，导致了复数在描述量子系统的状态、动力学和相互作用中的应用。自量子理论诞生以来，人们一直在争论复数是否真的是必不可少的，或者只使用实数是否可能有另一种相容的表述。在这里，我们攻击这个长期存在的问题，在理论和实验上，使用强大的工具，量子资源理论。我们证明了--在合理的假设下--如果量子态只有实元素，那么它们更容易产生和操纵。这就为资源的可持续性理论提供了可操作的意义。我们确定并回答了几个重要的问题，其中包括所有量子比特态和任何维度的所有纯态的状态转换问题，以及所有量子态的近似蒸馏。作为一个应用，我们证明了双态性对于态的区分起着至关重要的作用：存在真实的量子态，它们可以通过局域操作和经典通信完全区分，但如果其中一方没有双态性，它们就不能以任何非零概率区分.我们证实了这一现象的实验与线性光学，执行歧视不同的双光子量子态的本地投影测量。这些结果证明复数是量子力学不可缺少的一部分。
2021-03-02 quant-ph
