Quantifying Computational Advantage of Grover's Algorithm with the Trace Speed
尽管进行了深入的研究，但量子算法提供的加速的物理起源仍然是个谜。没有一个一般的物理量，比如纠缠，可以单独作为基本的有用资源。在这里，我们报告的跟踪速度和量子加速之间的密切联系Grover的搜索算法实现的纯态和伪纯态。对于无噪声算法，我们发现量子加速和伪纯态的偏振之间存在一一对应关系，这可以与广泛的量子统计速度相联系。对于时间依赖性部分去极化和中断Grover搜索，加速是特别有界的最大跟踪速度，发生在算法操作。我们的研究结果量化了量子加速的物理资源，这是实验上可测量的，并与多体纠缠和量子相干性。
2021-01-14 quant-ph
Phase covariant channel: Quantum speed limit of evolution
研究了相位协变映射的量子演化速度。这涉及吸收、发射和退相过程。我们考虑上述过程的各种组合下的映射，以研究相位协变映射对量子速度极限时间的影响。对于无吸收的相位协变映射，考虑耗散和CP-（在）可分（非）马尔可夫移相噪声的组合。在真空和有限温度效应的存在下，检查相干混合平衡对速度限制时间的作用。我们还研究了Holevo信息变化的速率和相位协变映射的特定情况下的行动量子演化速度。
2022-12-04 quant-ph
Quantum speed limits based on Jensen-Shannon and Jeffreys divergences for general physical processes
Universidade Federal do Maranhão（马拉尼昂联邦大学）
本文研究了有限维量子系统在一般物理过程中的量子速度限制，利用Jensen-Shannon和Jeffreys分歧的平方根作为距离度量，并通过数值模拟验证了速度限制的紧性及与以往结果的对比。
2026-04-09 quant-ph
Speed limits on correlations in bipartite quantum systems
本文推导了二分量子系统中纠缠、Bell-CHSH关联和量子互信息的速度极限，其中关于负度的结果适用于任意维度和过程，并通过解析与数值计算验证了部分界是紧的。
2023-05-26 quant-ph
Completing the physical representation of quantum algorithms provides a retrocausal explanation of their speedup
在以前的工作中，我们证明了最优量子算法总是可以被看作是经典历史的总和，在每个经典历史中，问题求解者预先知道她将来将读取的解决方案的可能一半之一，并执行计算步骤（oracle查询）仍然需要到达它。给定一个oracle问题，加速的这种追溯原因的解释产生了以最佳量子方式解决它所需的Oracle查询数量的数量级。目前，我们为这个问题的解释提供了一个基本的理由，并表明它是通过完成量子算法的物理表示来实现的。由于在量子力学中使用逆因果关系是有争议的，表明它回答了物理描述完整性的公认要求应该是一个重要的关口。
2017-01-30 quant-ph
Fast quantum algorithms for numerical integrals and stochastic processes
我们讨论计算数值积分和随机过程的描述统计的量子算法。与两种不同的方法中的任何一种相比，与最快的已知经典确定性算法相比，可以获得指数速度增加，与经典Monte Carlo（概率）方法相比，可以获得二次速度增加。我们推导出一个更简单和稍快的版本格罗弗的平均算法，演示如何应用量子计数的问题，开发这些算法的一些变化，并显示如何从同一个统一的框架（显然是完全不同的）的方法可以理解。最后，我们讨论了指数速度的增加似乎（但不）违反通过多项式方法获得的结果，从中可以知道，用于计算全函数的有界误差量子算法只能多项式比最快的确定性经典算法更有效。
1999-08-28 quant-ph
Completing the physical representation of quantum algorithms provides a quantitative explanation of their computational speedup
量子算法的通常表示仅限于解决问题的过程，在物理上是不完整的。我们完成它在三个步骤：（i）扩展的表示设置的问题的过程中，（ii）相对化的扩展表示的问题解决者的问题设置必须被隐藏，和（iii）对称化的相对化的时间反演表示的可逆性的基础物理过程。第三步将相对化表示的输入状态投影到一个她知道一半解（当解是非结构化位串时，指定它的信息的一半）的状态上，在相对化表示中，问题求解者完全不知道设置，因此不知道问题的解。完成的物理表示表明，计算步骤的数量（Oracle查询）所需的解决任何Oracle问题的最佳量子方式应该是一个经典的算法赋予先进的知识的一半解决方案。这符合当今已知的主要量子算法，并将解决量子查询复杂性问题。
2018-01-25 quant-ph
The role of quantum measurements in physical processes and protocols
在这篇主要是教学性的文章中，我们讨论了在什么情况下测量在量子过程中起着特殊的作用。我们特别讨论了以下似乎是一个常见的混淆领域的事实：i）从基本观点来看，测量没有任何特殊的作用：所有可以由测量产生的动力学都可以由幺正过程产生（对于后选择也不例外），ii）从纯物理的角度来看，测量并不“超出”量子力学，iii）用于量子计算的基于测量的协议和酉电路的能力之间的唯一区别来自实际（依赖于技术的）约束。我们强调区分以下差异的重要性：i）基本但没有实际意义，ii）基本但具有实际意义，iii）不是基本但具有实际意义。我们还强调分离测量的理论和实验元素的重要性，主要是投影和放大，这在物理上是非常不同的。请注意，由于我们关注的是物理过程的事实，这篇文章与量子力学的解释几乎没有任何关系。
2017-07-13 quant-ph
Purifying and Reversible Physical Processes
从观察到可逆过程不能增加任何输入状态的纯度开始，我们研究确定性物理过程，它将一组状态映射到一组纯状态。如果所有状态的输入集都要求纯度，那么这样的过程必须将任何状态映射到相同的纯输出。但是，当输入集被限制时，有可能找到非平凡的净化过程。对于最严格的情况下，只有两个输入状态，我们完全描述了任何这样的地图的输出。此外，我们考虑地图，结合属性的纯度和可逆性的一组状态，我们得出的必要和充分条件集，允许这样的过程。
2006-12-12 quant-ph
Quantum Speed Limits for General Physical Processes
量子速度极限是量子系统演化时间的下界。这些结果已在某些方面得到推广，特别是通过包括非正交态的演化。然而，在这方面的文献中有一个空白，因为只考虑了幺正演化-封闭的量子系统。在这个博士。论文中，这样的限制是克服：我们的主要结果是一个界的量子系统演化一般，无论是酉或不，并正确地恢复已知的界限在酉的情况下。本文介绍了这一约束的几个具体案例的兴趣。这个界限也被用来扩展到非幺正的情况下的纠缠在快速演化中的作用的讨论，导致非平凡的结果。对于推导的结果，几何方法已被采用，它允许一个清晰的解释的界限和讨论的标准，其饱和度。假设读者以前没有量子态几何知识。
2014-07-16 quant-ph
Photonic Framework to Handle Physical and Chemical Processes: Quantum Entanglement, Coherence, De-coherence, Re-coherence and the Roles of Multipartite Base States
一个量子框架，根据电磁（EM）辐射的量子理论的物质响应，导致一个方便的计划，以检查物理和化学过程。基本的量子效应，如纠缠，相干，去相干和再相干产生一个完全量子物理的介绍适用于化学过程。一个光子基组包含了抽象空间中系统可达到的所有可能性;光子场共振的电子基态是量子态（q态）表现出时间演化的基础。在能量和角动量守恒保持量子动力学（即振幅变化）的实验室空间，将由低频EM辐射（例如微波）驱动。维持q态不变的物质性。在这里，重点讨论光子量子态的构造和读取，这些量子态是最近提交实验检验的一系列物理过程的基础。该方法使用经典物理学语言远离解释问题，专注于理解包括实验信息的量子态。
2014-07-14 quant-ph
Speeding up quantum adiabatic processes with dynamical quantum geometric tensor
对于量子系统的绝热控制，通过增加过程的操作时间来减少非绝热跃迁。理想的量子绝热性通常要求控制参数的无限缓慢变化。在本文中，我们提出了动力学量子几何张量，作为一个度规的控制参数空间，以加快量子绝热过程，并在相对较短的时间内达到量子绝热。达到量子绝热性的最佳方案是根据度量沿测地线路径以恒定速度改变控制参数。对于从第n个本征态开始的系统，最优方案中的跃迁概率由P_{n}（t）\leq 4 \mathcal{L}_{n}^{2} /τ^{2}限定，其中操作时间τ和量子绝热长度\mathcal{L}_{n}由度规诱导.我们的优化策略说明通过两个明确的模型，朗道-齐纳模型和一维横向伊辛模型。
2022-05-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum enhancement to information acquisition speed
物理信号从发送器到接收器的传输速度受到光速的限制，无论物理系统是经典的还是量子的。从这个意义上说，量子力学不能提供任何信息速度的增强。相反，如果我们认为需要传输的信息不是局限于发送者的位置，而是分散在整个空间中，空间相干性可能会提高信息的速度。在这项工作中，我们证明了量子力学的优势，在获取和传输的速度全球编码的信息在空间。我们提出了一个任务，我们证明了一个二次增强的量子信息载体的信息速度相对于他们的经典对应。我们的研究结果自然可以应用于信息源功率有限的情况，即单位时间内可以发送的信号数量有限。
2021-03-10 quant-ph
Physical limits on self-replication processes
我们利用符合一般物理原理的任何合理理论都应满足的几个非常一般的公理和最近关于量子态“广播”的一些结果证明：a）只有经典信息才能完美地自我复制，b）“父”和“子”必须是强相关的，c）“物种分离”只有在非均匀环境中才是可能的。为了说明同时具有经典和量子特征的理论方案的存在，我们提出了一个基于经典概率但具有重叠纯态和“纠缠态”的复合系统模型。
2005-08-10 quant-ph
Ultimate physical limits to computation
计算机是物理系统：它们能做什么和不能做什么是由物理定律决定的。具体而言，物理设备可以处理信息的速度受到其能量的限制，并且其可以处理的信息量受到其拥有的自由度的数量的限制。本文探讨了由光速$c$、量子尺度$\hbar$和引力常量$G$决定的计算的物理极限。作为一个例子，定量界限被置于一个“终极笔记本电脑”的计算能力，一公斤的质量被限制在一升的体积。
2000-02-14 quant-ph
From Fundamental Dynamics to Applied Cryptography: Studies on the Quantum Speed Limit and Fully Passive Quantum Key Distribution
The University of Hong Kong（香港大学）
本文研究了量子信息处理的两个前沿领域：动态演变的基本物理限制和安全量子通信网络的实用实现。
2026-05-17 quant-ph
Quantum speed-up process of atom in dissipative cavity
本文得到了当库温为零，激发总数为N=1时，耗散腔中原子密度算符的解析表达式。我们还研究了原子的量子速度极限时间和动力学过程中的非马尔可夫性。结果表明，利用原子-腔耦合和库参数可以有效地控制量子效率和非马尔可夫性。原子与腔场的耦合和失谐都可以引起从马尔可夫到非马尔可夫的突然转变，这种转变是量子加速过程的主要物理原因。从不加速到加速的突变临界值取决于原子-腔耦合和库参数。对我们的结果也给出了相应的物理解释。
2020-07-19 quant-ph
Quantum speedup of classical mixing processes
大多数近似算法用于#P-完全问题（例如，估计矩阵的积和或多面体的体积）的工作，通过简化为从大集合$§$上的分布$π$近似采样的问题。使用{ \em Markov chain Monte Carlo}方法解决该问题：具有平稳分布$π$的$§$上的稀疏可逆Markov链$P$运行到接近平衡。该随机游走算法的运行时间，即所谓的$P$的{ \em混合时间}是$O(δ^{-1} \log 1/π_*)$，如Aldous所示，其中$δ$是$P$的谱隙，而$π_*$是$π$的最小值。一个自然的问题是，使用{ \em量子行走}是否可能将这种经典方法加速到$O(\sqrt{δ^{-1}} \log 1/π_*)$，即$P$基础图的直径。我们提供了这种可能性的证据，使用量子行走，{ \em decohere}在重复的随机测量。我们展示：（a）退相干量子游走总是混合，就像它们的经典对应物一样，（b）混合时间是鲁棒的量，在退相干的任何光滑形式下基本上不变，以及（c）周期晶格$\Z_n^d$上的退相干量子游走的混合时间是$O(n d \log d)$，其实际上是$O(\sqrt{δ^{-1}} \log 1/π_*)$，并且渐近地不比$\Z_n^d$的直径（明显的下限）差，直到最多对数因子。
2007-04-05 quant-ph
Measurements in quantum physics: towards a physical picture of relevant processes
基于最近引入的电子和光子的本征性质，我们提出了一种新的量子理论系综结构。在此统计的基础上，波包的传播，波函数的崩溃，量子擦除器，和无相互作用的测量被重新分析，通常的概念问题被删除。
2000-03-16 quant-ph
Breaking the quantum adiabatic speed limit by jumping along geodesics
量子绝热演化在量子物理和量子技术中有着广泛的应用。传统形式的量子绝热定理通过系统哈密顿量的最小能隙来限制绝热演化的速度。在这里，我们实验表明，使用氮空位中心的金刚石，即使在消失的能隙的存在下，量子绝热演化是可能的。这验证了最近导出的一个充分必要的量子绝热定理，并提供了克服绝热方法的传统假设约束的途径。通过对动力学相位的快速调制，我们证明了有限时间内的近单位保真度量子绝热过程。这些结果挑战了传统的观点，提供了对量子绝热过程更深入的理解，以及有希望的量子系统的控制策略。
2019-06-25 quant-ph
Speed limit, dissipation bound and dissipation-time trade-off in thermal relaxation processes
该研究针对时不变跃迁速率的经典随机热弛豫过程，推导了演化时间的速度下界，提出非绝热熵产生的信息论界与新型耗散-时间权衡关系猜想并给出数值验证，部分情形下优于现有界。
2023-10-31 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
On the Physical Explanation for Quantum Computational Speedup
本论文的目的是澄清量子加速的争论并提出一个初步的解决方案，特别是，我认为量子加速的物理解释正是量子纠缠现象使量子计算机能够充分利用希尔伯特空间的表示能力。这对于经典系统是不可能的，因为经典系统的联合态必须总是可以表示为乘积态。第2章首先讨论了量子加速的最流行的候选物理解释：多世界解释。我认为，不像新埃弗雷特解释的量子力学，它不具有所需的概念资源，以克服“首选的基础反对”。我进一步认为，多世界的解释，充其量，可以作为一个很好的描述发生在所谓的基于网络的计算的物理过程，但它是不兼容的计算模型，如集群状态量子计算。在第三章中，我将讨论量子加速的一个共同组成部分：量子纠缠。我调查是否纠缠可以说是一个必要的组成部分的任何解释量子加速，我认为这一说法的两个主要的反例。我认为，事实上，这两个都没有表明纠缠对于加速是不必要的，相反，我们应该得出结论，它是。在第4章和第5章中，我会问纠缠是否也可以说是充分的。在第4章中，我认为尽管有一个结果似乎表明相反的情况，但纠缠作为一种资源，可以被视为足以实现量子加速。最后，在第5章中，我认为纠缠也足以解释量子加速。
2013-03-31 physics.hist-ph quant-ph
Speed-up through entanglement -- many-body effects in neutrino processes
我们研究了一个系统，其中包含许多粒子的相同的运动学与零范围的相互作用，分散一个从其他的，并与可能的交换的属性。以初始条件，其中的属性是不对称分布的粒子所占据的动量空间的区域中，我们研究的速率，它变得均匀分布，通过碰撞。我们发现，在某些情况下，一个速度，这是远远快于估计的横截面。这种行为在一般意义上可归因于N粒子纠缠。我们建议应用到中微子物理学，其中的属性是中微子的味道。
2003-08-11 astro-ph hep-ph quant-ph
Speeding up quantum Markov processes through lifting
该研究将不可逆提升概念推广至量子马尔可夫动力学，证明提升后过程L²收敛速率上界为过阻尼谱隙平方根，推导了收敛下界，构建了统一经典与量子动力学的抽象提升框架，并为多种过程构造了最优提升。
2025-05-18 math.FA math.PR quant-ph
Quantum Speedups in Regret Analysis of Infinite Horizon Average-Reward Markov Decision Processes
Association for the Advancement of Artificial Intelligence（美国人工智能协会）
本文提出量子框架下的乐观表格强化学习算法，利用量子均值估计优势，将无限时域MDP的遗憾界从经典$\tilde{\mathcal{O}}(\sqrt{T})$指数级改进至$\tilde{\mathcal{O}}(1)$。
2025-05-26 cs.AI cs.LG quant-ph
Thermodynamic speed limit for non-adiabatic work and its classical-quantum decomposition
本文推导开放量子系统中非绝热功的热力学速度极限，将其分解为经典与量子贡献并分别给出界限，且以受驱二能级系统数值验证。
2025-04-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Heating the coffee by looking at it. Or why quantum measurements are physical processes
我用一个非常简单的Gedanken实验提醒读者（与经典力学相反），仅仅通过对量子系统进行（一些）教科书上的测量，量子系统的能量就不可避免地增加了，作为一个直接的结论，这意味着某些测量需要消耗有限的能量来进行。我还认为，这使得很难将测量视为无形的、非物质的、信息操作，这迫使我们将它们视为物理过程，就像任何其他过程一样。
2014-02-13 physics.hist-ph quant-ph
Speed limit for open quantum systems
研究了Lindblad主方程描述的开放量子系统的量子速度极限。该不等式反映了操作时间与能量涨落、熵产生等物理量之间的一种折衷关系。我们进一步确定了一个数量表征的状态转换的速度，这只会出现在我们考虑开放系统的量子制度的动力学。当热弛豫是占主导地位的系统的酉动力学相比，我们表明，这个量是近似的能量波动的反绝热哈密顿量，这是作为一个控制字段中的快捷方式绝热协议。讨论了所得到的量子速度极限的物理意义，并试图对开放量子系统中的速度给出更直观的认识。
2018-12-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum speed limits for information and coherence
量子速度极限表示量子系统的最大演化速度。在这项工作中，我们确定的速度限制的信息措施，即冯诺伊曼熵，最大信息，量子系统的相干性下动态过程的演变。这些速度限制确定了量子系统在其信息度量变化时所需的演化时间的基本限制。擦除量子信息以重置存储器以供将来使用对于量子计算设备至关重要。我们使用最大信息的速度限制来获得通过一些感兴趣的量子过程擦除量子系统的信息所需的最小时间。
2022-06-15 math-ph math.MP quant-ph
On the objective existence of physical processes: a physicist's philosophical view
受玻尔兹曼哲学思想的启发，简要回顾，我们提供了一个现实的世界图景的可能性和便利性，适当细致入微的强有力的支持。这些论点对量子力学的解释，以及量子场和弦论的相关概念，如单极子和膜，都有影响。我们的观点是用控制论的类比来说明的，并补充了基本哲学概念的总结。
2009-03-25 hep-th quant-ph
Entanglement and inequality of forward and reversed processes as a physical base of nonlinear phenomena in optics
讨论了纠缠概念与光学中非线性现象起源之间的联系。
2004-03-22 hep-ph nlin.PS physics.gen-ph
Effective Physical Processes and Active Information in Quantum Computing
最近关于超计算的争论在量子系统的计算能力和丘奇-图灵论文在物理学中的作用方面都提出了新的问题。在这里，我们提出了“有效物理过程”的概念，作为计算的本质物理概念。本文利用Bohm和Hiley的活动信息概念，分析了量子计算的标准形式（量子门）与非标准形式（绝热和形态发生）的区别，指出了它的超图灵潜能是如何在Bell约束下从不可计算的信息源中产生的。在放弃“普适性”这一形式概念的前提下，实现量子预言是可能的。这样，计算就回到了物理世界的逻辑。
2007-10-23 physics.gen-ph quant-ph
GenPhys: From Physical Processes to Generative Models
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出 GenPhys 框架，将描述物理过程的偏微分方程转化为生成模型，该框架不仅包含现有的扩散模型和泊松流生成模型，还催生了受弱相互作用启发的汤川生成模型等新家族，旨在探索并扩展生成模型的设计空间。
2023-04-05 cs.AI cs.LG physics.comp-ph
Topological Speed Limit
任何物理系统都以有限的速度演化，这不仅受到能量成本的限制，而且还受到底层动力学的拓扑结构的限制。在这封信中，通过考虑这样的结构信息，我们得到一个统一的拓扑速度限制的物理状态的演化使用最佳的运输方法。我们证明了改变状态所需的最小时间是由离散Wasserstein距离和时间平均速度的下界，离散Wasserstein距离编码了系统的拓扑信息。得到的界是紧的，适用于广泛的动态，从确定性到随机，经典的量子系统。此外，该界限提供了深入了解达到最大速度的最佳过程的设计原则。我们展示了我们的结果的化学反应网络和相互作用的多体量子系统的应用。
2022-12-06 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph quant-ph
