Quantum optical implementation of quantum information processing
应大众的要求，我们张贴这些旧（从2001年）的瓦雷纳暑期学校程序的讲义。原文以J. I.西拉克湖M. Duan和P.Zoller，“实验量子计算和信息”，国际物理学院“Enrico Fermi”学报，课程CXLVIII，第263页，F. Di Martini和C. Monroe（IOS Press，Amsterdam，2002）.
2004-05-06 quant-ph
Designing robust gate implementations for quantum information processing
量子信息处理系统通常通过时间相关控制来操作;以使得所得操作对未知或不可控系统参数的变化不敏感的方式选择这些控制是获得高保真度门操作的重要先决条件。在这篇文章中，我们提出了一种数值方法来构造这样的鲁棒控制序列的一个相当一般的类量子信息处理系统。作为该方法的一个应用，我们设计了一个强大的实现中心的稀土量子计算，系综量子计算系统Ohlsson等人提出的相移操作。[Opt.Comm.201，71（2002）]。在这种情况下，该方法已被用于获得相对于系综成员之间的差异的高度不敏感性，但它同样适用于具有单个物理系统的量子计算。
2003-12-09 quant-ph
Experimental implementation of quantum information processing by Zeeman perturbed nuclear quadrupole resonance
核磁共振（NMR）已广泛用于量子信息处理（QIP）的背景中。然而，尽管NMR和核四极共振（NQR）之间有很大的相似之处，没有实验实施QIP使用NQR已被报道。我们描述了基本量子门的实现及其在静态磁场扰动下利用线偏振射频脉冲产生赝纯态的应用。NQR量子操作是使用KClO 3的单晶样品并观察35 Cl核来实现的，35 Cl核自旋为3/2并产生2量子比特系统。结果是非常有前途的，并表明NQR可以成功地用于进行QIP的基础实验。与NMR相比，NQR的一个优点是主要的相互作用在样品内部，这使得系统更紧凑，降低了成本，并且更容易小型化为固态设备。
2014-04-01 quant-ph
Sequence and Image Transformations with Monarq: Quantum Implementations for NISQ Devices
National Energy Research Scientific Computing Center, Lawrence Berkeley National Laboratory（美国能源部先进科学计算研究中心，劳伦斯伯克利国家实验室）；Applied Mathematics and Computational Research Division, Lawrence Berkeley National Laboratory（应用数学与计算研究处，劳伦斯伯克利国家实验室）；Computer Science Department, San Francisco State University（旧金山州立大学计算机科学系）；Scientific Data Division, Lawrence Berkeley National Laboratory（科学数据处，劳伦斯伯克利国家实验室）
Monarq框架结合QCrank编码与EHands协议实现多项式变换，为NISQ设备提供信号和图像处理基础模块，包括卷积、DFT、梯度计算和边缘检测。
2026-04-01 quant-ph
Towards practical classical processing for the surface code: timing analysis
拓扑量子纠错码具有很高的阈值，非常适合物理实现。最小权值完美匹配算法可用于有效地处理此类码中的错误。我们执行的最小权重完美匹配算法的当前实现的时间分析。我们的实现执行与量子位的nxn晶格相关联的经典处理，以容错方式实现存储单个逻辑量子比特信息的方形表面码。我们的经验表明，我们的实现只需要O（n^2）的平均时间每轮的纠错码距离范围从4到512和一系列的去极化错误率。我们还描述了我们已经执行的测试，以验证它总是获得一个真正的最小权重完美匹配。
2012-10-15 quant-ph
Physical implementation of entangling quantum measurements
我们阐明了纠缠量子测量超算符的微观结构，并在一个简单的三量子比特模型中研究了它们可能的物理实现，该模型实现了任意纠缠度的纠缠量子测量.
2004-10-27 quant-ph
Implementation of qutrit-based quantum information processing via state-dependent forces on trapped ions
我们提出了一个通过囚禁离子的态依赖力实现qutrit系统量子逻辑和纠缠的方案。通过利用存在库仑相互作用的激光-离子耦合，推导出适用于普适量子操纵的一组量子门运算，包括两个量子位组上的条件相移以及单个量子位组上的任意SU（3）旋转。作为例子，我们详细演示了如何利用这些门资源来产生两个量子态的最大纠缠态。除了对捕获离子的振动加热不敏感之外，本方案还通过适当地设计激光-离子相互作用的脉冲配置而显示出可扩展性。
2006-08-12 quant-ph
Quantum implementation of circulant matrices and its use in quantum string processing
字符串问题通常可以通过使用特殊的数据结构（例如后缀）更快地解决，在许多情况下，后缀结构是树和数组。在本文中，我们表明，在这些数据结构中使用的后缀可以通过使用循环矩阵作为量子运算符，可以在对数时间内实现。因此，如果字符串被给定为量子态，则使用所提出的电路实现可以在量子计算机上有效地进行字符串处理。
2023-02-20 cs.DS quant-ph
Selective pulse implementation of two-qubit gates for spin-3/2 based fullerene quantum information processing
我们提出了两种在内嵌富勒烯$N@C_{60}$或$P@C_{60}$上实现双量子比特量子门的可行方案。量子位存储在掺杂原子$N$或$P$的电子自旋自由度中。利用两个相邻富勒烯之间的磁偶极耦合，利用选择性微波脉冲和再聚焦技术实现了两量子比特受控非门和两量子比特条件相位门。我们将讨论为使我们的建议具有普遍性而采取的其他必要步骤。我们还将表明，我们的建议是有用的量子门控和量子信息从基于自旋的量子比特状态的读出。
2004-07-05 quant-ph
Use of Quadrupolar Nuclei for Quantum Information processing by Nuclear Magnetic Resonance: Implementation of a Quantum Algorithm
量子信息处理（QIP）的物理实现是通过液态核磁共振（NMR），使用分子的弱耦合自旋-1/2核，已经得到很好的建立。在液晶基质中取向的自旋为$>$ 1/2的核是另一种可能性。这样的系统每个原子核有多个量子比特，并且具有大的四极耦合，从而在光谱中产生分离良好的谱线。到目前为止，伪纯态和逻辑门的创建已被证明在这样的系统中使用过渡选择性射频脉冲。在本文中，我们报告了两个新的发展。首先，我们实现了一个需要相干叠加态的量子算法。第二，我们利用四极耦合下的演化来实现多量子比特门。我们在自旋为3/2（2量子比特）的系统上实现了Deutsch-Jozsa算法。实现该算法所需的受控非操作已经在这里通过四极哈密顿量下的进化来实现。该方法已首次在四极系统中实现。由于四极耦合比弱耦合自旋1/2核中的耦合大几个数量级，因此门时间减少，增加了量子计算机的时钟速度。
2003-06-14 quant-ph
Exploiting Randomness in Quantum Information Processing
我们考虑如何随机性可以发挥有用的作用，在量子信息处理-特别是，消相干控制和量子算法的实施。对于一个退相干通道是非耗散的两能级系统，我们表明，退相干抑制是可能的，如果记忆存在于通道。在两个潜在有害的噪声源之间的随机切换可以提供随机控制的源。这种随机切换也可以以有利的方式用于实现量子算法。
2002-08-19 quant-ph
Physical implementation for entanglement purification of Gaussian continuous variable quantum states
详细描述了从实际的高斯连续变量纠缠态高效生成最大纠缠态的纠缠纯化方案。该协议的物理实现进行了广泛的分析，使用高精细度腔和腔增强交叉克尔非线性。特别是，我们考虑到许多不完善的实验方案，并计算其影响。对有关实验参数给出了定量要求。
2000-09-26 quant-ph
Ancilla Assisted Quantum Information Processing: General protocols and NMR implementations
比特是二进制经典信息的基本单位，而量子比特是量子信息的基本单位。在量子信息处理（QIP）中，习惯上将所研究的量子比特称为系统量子比特，而将附加量子比特称为辅助量子比特。在这篇论文中，我描述了利用辅助量子位有效地执行许多QIP任务的各种方案，以及它们在核磁共振（NMR）系统中的实验演示。特别地，我们已经证明，在存在足够的辅助量子比特的情况下，可以在一次测量中完全表征一般的量子态以及一般的量子动力学。此外，还可以利用辅助量子比特来实现与量子物理学相关的几个实验所需的非侵入性量子测量。我还将举例说明辅助量子比特在光谱学中的一些有趣应用。最后，我描述了一个实验研究的效率，各种动态去耦序列抑制单以及多个量子相干性的大自旋团簇的退相干。实验结果表明，最近推出的RUDD序列在抑制退相干的优越性能。
2016-01-02 quant-ph
Physical implementation of holonomic quantum computation in decoherence-free subspaces with trapped ions
提出了一种在无退相干子空间中实现完整量子计算的可行方案。通过在指定离子上施加适当的双色激光场，我们能够利用编码DFS中的完整性方案构造两个不可交换的单量子比特门和一个受控相位门。
2006-08-08 quant-ph
Implementation of CU gates and its application in a remote-controlled quantum operation
本文提出并实验演示了利用单光子偏振和时间箱自由度实现任意酉门对之间的受控酉（CU）门方案，并以此实现高保真度的远程控制单量子比特酉门，为安全高效的量子信息处理铺平道路。
2024-05-24 quant-ph
Physical implementation of topologically decoherence-protected superconducting qubits
我们提出了一种方案，物理实现一种拓扑消相干保护量子比特使用超导器件耦合到微波腔模式与非常规的几何操作。它示出的两个所需的相互作用的选择性设备，这是需要实施这样的保护量子位，以及单量子位门，可以通过使用外部磁通量来实现。与在捕获离子系统中实施拓扑保护量子位相比，系统中提出的单个寻址与多设备设置的简单组合呈现出明显的优点。
2008-01-11 quant-ph
Scalable and interpretable quantum natural language processing: an implementation on trapped ions
本研究实现了首个文本级量子自然语言处理方案，基于QDisCoCirc模型的组合结构实现组合泛化，在囚禁离子量子处理器上完成概念验证实验，证实经典模型无法实现同等组合泛化能力。
2024-09-13 quant-ph
A Few Shot Learning Scheme for Quantum Natural Language Processing
本文提出一种量子自然语言处理少样本学习框架，通过拆分编码 ansätze 并混合经典预训练与变分训练，以降低处理成本并缓解词汇表外问题。
2024-09-18 quant-ph
Implementation of multidimensional quantum walks using linear optics and classical light
经典光学可用于有效地实现具有高度控制的某些量子信息处理任务，例如，一维量子行走通过由其偏振引导的光的轨道角动量的空间。为了探索利用经典光处理量子信息的潜力，我们提出了一种利用经典光学实现d维量子行走的方法--这是实现某些量子算法的重要一步。在该方案中，不同的光的自由度，如频率，轨道角动量和时间仓，代表不同的方向的步行者，而硬币决定步行者采取哪个方向是通过使用偏振结合不同的光路来实现的。
2015-10-15 quant-ph
Hybrid quantum information processing
量子信息处理的发展传统上遵循两条独立且不直接相连的研究路线。主线专注于基于量子比特（qubit）的协议的实现，而另一条线则致力于基于高维高斯态（如相干态和压缩态）的实现。分离是由两条线的标准技术互连的实验困难所驱动的。然而，近年来，在改进和连接这两个领域的技术方面取得了重大的实验进展，这导致了许多新的混合协议的开发和实验实现。在这篇评论中，我们总结了这些最近的努力杂交的两种类型的计划的基础上离散和连续变量。
2014-09-12 quant-ph
All (qubit) decoherences: Complete characterization and physical implementation
我们研究了被建模为量子系统的碰撞序列的退相干通道（例如，量子位）与粒子（例如，量子位）的环境。我们表明，碰撞诱导退相干时，系统量子比特和环境（水库）量子比特之间的二分相互作用的控制U幺正变换（门）描述。我们表征退相干通道，并在量子比特的情况下，我们指定最一般的退相干通道，并推导出相应的主方程。最后，我们分析了系统与环境在退相干过程中产生的纠缠。
2005-05-10 quant-ph
Designing Quantum Information Processing via Structural Physical Approximation
在量子信息处理中，有可能具有超越经典系统的限制的高效计算和安全通信。然而，从基本的观点来看，由量子力学定律演化出的量子系统比经典系统更具限制性，它被确定为一种特定形式的动力学，即幺正变换，因此，它是到子系统的正映射和完全正映射。这也表征了量子系统上不允许的变换的类别，其中正的但不完全的映射是特别感兴趣的，因为它们表征了纠缠态，这是量子信息处理中的一般资源。结构物理近似提供了一种系统的方法，用量子信道来近似那些非物理映射，正的但不完全正的映射。自从它作为一种探测纠缠态的方法被提出以来，它激发了正映射的分类、厄米算符和量子态的结构以及量子测量（如量子信息理论中的量子设计）等基本问题。在实践中，它已经发展出了直接探测纠缠态的有效可行的方法，并利用光子量子比特态进行了原理验证实验。本文综述了结构物理近似下的量子信息处理及其研究进展。本文主要介绍结构物理近似的性质及其在实际信息应用中的应用。
2017-07-09 quant-ph
Fault-tolerant quantum repeaters with minimal physical resources, and implementations based on single photon emitters
分析了一种新的方法，该方法利用固定的、最小的物理资源实现任意长距离量子通信中量子纠缠的产生和嵌套纯化，并讨论了利用实际光子发射器和光子信道的实现方法.在这种方法中，我们使用具有由电子自旋和核自旋形成的两个内部自由度的单光子发射器来构建量子信道中的中间节点。状态选择荧光用于相邻节点中电子自旋之间的概率纠缠产生。我们详细分析了几种方法，适用于现实的，均匀加宽的单光子发射器。此外，耦合的电子和核自旋可以用来有效地实现纠缠交换和纯化。我们表明，这些技术可以结合起来，在任意长的距离产生高保真纠缠。我们提出了一个特定的协议，功能在多项式时间，并容忍纠缠保真度和本地操作中的错误。该方案对物理资源的要求是目前所有完全容错量子中继器方案中最低的。
2005-02-18 quant-ph
The Physical Implementation of Quantum Computation
在简要介绍了量子信息处理的原理和前景之后，讨论了量子计算物理实现的要求。这五个要求，加上两个有关的量子信息的通信，被广泛探讨和有关的许多计划，在原子物理学，量子光学，核磁共振和电子磁共振光谱，超导电子学，量子点物理学，实现量子计算。
2000-04-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient implementation of quantum signal processing via the adiabatic-impulse model
RIKEN Center for Quantum Computing, RIKEN（理研量子计算中心）；Quantum Research Institute and Physics Department, The University of Michigan（密歇根大学量子研究所与物理系）
本文提出通过绝热-脉冲模型实现量子信号处理算法，利用非绝热高振幅驱动提高量子电路鲁棒性并实现快速量子逻辑门。
2025-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Graphics processing units accelerated semiclassical initial value representation molecular dynamics
本文介绍了一种用于振动分子光谱计算的半经典初值表示（SC-IVR）传播子的图形处理单元（GPU）实现。时间平均制定的SC-IVR功率谱计算。提供了关于半经典代码的GPU实现的细节。考虑了原子数量不断增加的四种分子，GPU计算的振动频率与基准值完全匹配。讨论了两个GPU（NVIDIA Tesla C2075和Kepler K20）分别与两个CPU（Intel Core i5和Intel Xeon E5- 2687 W）的计算时间缩放以及与GPU实现相关的关键问题。计算时间和功耗的减少是显着的，半经典GPU计算被证明是环境友好的。
2014-05-08 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Quantum-Information Processing with Semiconductor Macroatoms
提出了一种利用半导体宏原子实现量子信息处理的全光方案。我们的量子硬件由半导体量子点阵列组成，计算自由度是能量选择的带间光跃迁。所提出的量子计算策略利用了由多色激光脉冲的超快序列驱动的激子-激子相互作用。与现有的基于电荷激发的提议相反，本发明的全光学实施方式不需要施加时间相关的电场，从而允许在现实的最先进的半导体纳米结构中的亚皮秒（即，无退相干）操作时间尺度。
2000-10-19 cond-mat quant-ph
Maximum density of quantum information in a scalable CMOS implementation of the hybrid qubit architecture
从单量子位操作到用于量子信息处理的多量子位电路的可扩展性需要特定于架构的实现。半导体混合量子位结构是实现大规模量子信息处理的合适候选者，因为它结合了一组通用的逻辑门与快速和全电的量子位操作。我们提出了一种基于硅金属氧化物半导体（MOS）量子点的混合量子比特的实现，与CMOS工业技术标准兼容。我们讨论了实现多量子比特电路的容错计算和量子纠错能力，通过评估所需的时间和空间资源的实现。结果，从包括由[[7，1，3]] Steane码编码的8个逻辑量子比特的电路中提取量子信息的最大密度。逻辑量子比特的相应表面密度为2.6 Mqubit/cm $^2$。
2014-06-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Kolmogorov-Arnold networks by combining quantum signal processing circuits
本研究提出通过分层组合量子信号处理电路在量子计算机上等效实现KAN的方案，为KAN的量子应用提供了强大稳健的新路径。
2024-10-05 cs.LG quant-ph
Experimental implementation of the optical fractional Fourier transform in the time-frequency domain
本文利用原子量子光学存储系统在时间-频率域实验实现了分数阶傅里叶变换，通过可编程交错光谱与时间相位执行运算，并用散粒噪声极限零差探测验证，为时间模式分选和超分辨参数估计提供新途径。
2024-02-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Physical limits on information processing
我们推导出设备可以处理信息的速率的基本上限（即，单位时间内逻辑运算的次数），源于量子力学和广义相对论。在普朗克单位中，体积为V的设备在单位时间内只能执行不超过V的立方根的操作。我们将其与自然界在物理系统演化中进行的信息处理速率进行比较，并发现了与黑洞熵和全息原理的联系。
2006-08-04 gr-qc hep-ph hep-th
Physical implementations of quantum absorption refrigerators
吸收式制冷机是一种自主的热力机器，它利用热从热水浴到环境中的自发流动来进行冷却。在这里，我们讨论了吸收式冰箱在两种不同的设置：即腔和电路量子电动力学的量子实现。首先，我们提供了一个统一的描述这些机器的虚拟温度的概念。接下来，我们将详细描述两种不同的物理设置，并比较它们的属性和性能。最后，我们展望了未来的工作和开放的问题，在这一领域的研究。
2018-11-13 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
A quantum-information-theoretic complement to a general-relativistic implementation of a beyond-Turing computer
在相对论时空背景下，有越来越多的文献讨论所谓的物理丘奇-图灵论题。物理丘奇-图灵命题是一种猜想，即任何物理上可实现的计算设备（即使在原则上）都不能超过图灵机的计算障碍。伊什特万·内梅蒂（István Németi）和久拉·达维德（Gyula Dávid）（2006）提出了在时空环境中实现超越图灵的计算机的具体方案，他们表明，要理解物理学上的丘奇-图灵命题，就必须融合数学、计算、物理和宇宙学的思想。在这篇文章中，我将纪念伊什特万的70岁生日，以及他长期的兴趣，和他的开创性贡献，这一领域可以追溯到早在1987年，通过适度地提出如何通过计算设备和逻辑学家之间的量子信息理论通信协议来补充Németi和Dávid（2006）中的具体实现，图灵机的任务，如确定Zermelo-Fraenkel集理论的一致性。这表明，即使是量子理论的基础，以及最终的量子引力，也可能在确定物理丘奇-图灵命题的有效性方面发挥重要作用。
2014-06-11 physics.hist-ph quant-ph
Zermelo Navigation and a Speed Limit to Quantum Information Processing
我们使用特定的几何方法来确定在具有特定一类约束控制函数的受控量子系统中实现量子门的速度限制。我们实现这一点，通过应用最近的沈定理，它提供了一个连接时间最优导航黎曼流形和测地线的某一芬斯勒度量的兰德斯型。我们使用这些测地线的长度，以获得最佳的实施时间（在恒定的控制字段的假设下）为任意的量子操作（在有限维希尔伯特空间），并明确计算的情况下的控制单自旋系统的磁场，和海森堡自旋链中的交换门的结果。
2014-06-13 cs.ET quant-ph
Physical Traces: Quantum vs. Classical Information Processing
在相互作用的几何（GOI）范式，我们提出了一个设置，使经典和量子过程之间的定性差异进行探讨。关键的建设是物理解释/实现跟踪monoidal范畴的有限维向量空间与张量积作为monoidal结构和有限集和关系与笛卡尔积作为monoidal结构，他们都提供了一个所谓的波式GoI。本文的进展表明，设想由于量子测量作为一个过程的状态更新提供了一个强大的工具，发展高层次的方法，量子信息处理。
2003-04-04 cs.CG cs.LO math.CT
