Quantum discord as a resource in quantum communication
随着量子技术从原则问题转向实践问题，了解获得有形量子优势的局限性非常重要。在量子通信领域，量子不和谐捕捉到了退相干环境的破坏性影响。这是量化量子通信中量子相干性的优点的量子不和谐的结果。这建立了量子不和谐作为量子通信过程的资源。我们讨论了这一进展，得出了一个定量关系的产量的全量子Slepian-Wolf协议中存在的噪声和量子不和谐的状态。讨论了量子不和谐在噪声隐形传态、超密集编码、纠缠蒸馏和量子态合并中的意义。这些结果导致开放的问题之间的权衡量子纠缠和不和谐的选择最佳的量子态，以获得明显的量子优势在嘈杂的量子协议。
2012-10-16 quant-ph
Quantum discord in quantum computation
量子不和谐是对相关性量子性的一种度量。在回顾了它的不同版本和性质之后，我们将它应用于量子信息处理问题。首先，我们表明，在处理的非纠缠态的不和谐的变化表明，需要在分布式实现的量子门纠缠。另一方面，它表明，零系统环境不和谐是一个必要和充分条件的标准完全积极的描述系统的演化适用性。我们证明，这一结果并不转化为有用的量子过程层析成像。取决于准备过程的细节，仅不存在任何初始相关性可以保证过程层析成像的一致性。
2011-01-11 quant-ph
Discord, quantum knowledge and private communications
在这篇简短的评论中，我们讨论了量子关联的作用，量子不和谐量化，在两个有趣的设置。第一个是通过利用关于量子系统初始构型的知识来辨别哪些幺正被应用于量子系统。在这里，不和谐捕捉到了这种知识的“量子”成分，只有当我们能够访问量子记忆时才有用。特别是，discord可以用来检测不受信任的一方是否具有某些量子能力。第二个设置是量子密码学。在这里，不和谐代表了一个重要的资源，可信噪声量子密钥分发，也提供了一个一般的上限的最佳秘密密钥速率，可以实现理想的协议。特别是，一个有损玻色子信道的（双向辅助）密钥容量正好与可以在信道两端的远程方之间分配的最大不一致。
2017-07-13 quant-ph
Thermal Entanglement, Specific Heat and Quantum Discord in Open Quantum Systems Including Non-Markovian Processes
纠缠度（EN）是设计量子门和量子存储器的决定性关联。所有由量子线路组装的量子操作都暴露在环境中。然而，量子不和谐（QD）作为量子信息理论的一个新的关键资源，正成为研究的热点。因此，对开放量子系统中的EN和QD的研究显得尤为重要。本文导出了作为开放量子系统一部分的主系统（特别是Jaynes-Cumming区）的比热公式，并探讨了纠缠与比热的关系，这对量子存储器的设计具有重要意义。我们还利用Born-Markove近似研究了Jaynes-Cumming机制下包含非马尔可夫过程的热EN和QD的动力学，得到了形成纠缠具有稳定行为的温度区域和系统各部分之间的耦合常数，这对量子门的设计有一定的参考价值。由于开放体系处于纠缠态，在低温下观察到负比热和发散比热（与热力学第三定律相矛盾）。结果表明，在量子不和谐中没有发现剧烈的振荡，并且由于纠缠随时间而减小，对输入的快速响应对于组装量子线路和量子存储器至关重要。
2018-12-05 quant-ph
Simulating Concordant Computations
如果一个量子态的任何部分都没有量子不和谐，那么这个量子态被称为和谐态。通过扩展，协调计算是这样的计算机的状态，在每个时间步，是协调的。在本文中，我描述了一个经典的算法，给定一个产品状态作为输入，允许有效的模拟任何和谐的量子计算具有传统的形式，并由门作用于两个或更少的量子位。这表明，这样的量子计算必须产生量子不和谐，如果它是有效地解决一个问题，需要超多项式时间经典。虽然我谨慎地使用了对两个量子比特门的限制，但模拟算法的一个关键组成部分似乎不能扩展到作用于高维系统的门。
2010-06-23 quant-ph
Why should we care about quantum discord?
纠缠是量子理论的核心特征。纯态纠缠的数学性质和物理应用使其成为研究量子关联的模板。然而，纠缠措施的可分离性方面的混合态的扩展并不总是对应于所有的操作方面。量子不和谐测度提供了另一种方法，可以将量子关联的概念扩展到混合态。在许多情况下，这些扩展是由物理场景和量子信息协议激发的。在这一章中，我们将讨论涉及相关量子系统的几种设置，从分布式门到检测量子场的检测器。在每一个设置中，我们展示了纠缠如何无法捕获相关系统的相关特征，并讨论了不和谐作为一种可能的替代方案的作用。
2016-08-05 quant-ph
What can we learn from the dynamics of entanglement and quantum discord in the Tavis-Cummings model?
我们重新讨论了精确Tavis-Cummings模型中量子关联的动力学问题。我们表明，许多动力学特征的量子不和谐归因于耗散已经存在于确切的框架，是由于众所周知的非线性模型和初始条件的选择。通过一个全面的分析，明确的分析计算的支持下，我们发现，纠缠和量子不和谐的动力学是远远不是微不足道的或直观的。在这种情况下，我们发现从纠缠的角度来看是不可区分的状态，从量子不和谐的角度来看是可区分的，两个量词给出相反信息的状态，以及它们在某个时间给出大致相同的相关信息的状态。根据初始条件的不同，这个模型表现出一系列迷人的现象，可以用于实验目的，如：鲁棒状态对流形或耗散的变化，可调纠缠态和状态与一个违反直觉的突然出生的光子数量的增加。此外，我们提出了一个实验称为量子不和谐门，不和谐是零或非零取决于光子的数量。
2015-10-20 quant-ph
Quantum coherence in multipartite systems
在利用相对熵作为量子关联距离度量的统一框架下，我们明确了多体系统中量子相干性、量子不协调和量子纠缠的层次结构.在此基础上，我们引入了一种新的量子相干性度量--无基量子相干性，并证明了该量与量子失谐量完全等价。此外，由于相干性的原始相对熵是一个基依赖量，我们研究了量子相干性的局域和非局域幺正产生，重点是两个量子比特的幺正门。有趣的是，我们的研究结果表明，非局部酉门不一定优于局部酉门。最后，详细讨论了三组分系统中量子相干性的可加性关系，其中冯诺伊曼熵的强次可加性起着至关重要的作用。
2015-06-05 quant-ph
Quantum discord in nuclear magnetic resonance systems at room temperature
本文综述了室温下液态核磁共振（NMR）系统中量子关联的定量和识别的理论和实验研究进展。首先，我们引入了一种形式化的方法来获得量子不和谐和它的经典对应系统描述的偏差矩阵。接下来，我们应用这样一种方法来实验证明，奇特的动力学，突然变化的行为，量子不和谐的退相干下，理论上只预测相位噪声信道，也存在即使在热环境的影响下。这一结果表明，这种现象比我们在原则上所能想象的要强大得多。通过不同的路径，我们讨论了两个量子比特系统中相关性的量子性的可观察证据，并在NMR设置中首次实验实现了这种量。这样一个见证人可能是非常有用的情况下，知识的性质的相关性（对比有多少相关性）在一个给定的状态是足够的。
2012-12-11 quant-ph
Herring-Flicker coupling and thermal quantum correlations in bipartite system
本文研究了在外部磁场作用下具有Herring-Flicker耦合的二体系统中的热量子关联，即量子失谐和纠缠。$J(R)=1.642 e^{-2 R} R^{5/2}+O(R^{2}e^{-2R})$。Herring-Flicker耦合强度是$R$的函数，$R$是自旋和系统之间的距离。通过调节耦合距离$R$，温度和磁场的量子关联可以标度在二分系统。我们发现长期可持续的行为相比，纠缠的耦合距离$R$的量子不和谐。我们还研究了纠缠完全消失但系统中存在量子不和谐的情况。这封信中的发现可能对设计量子线、数据总线、固态门和量子处理器有用。
2018-01-13 quant-ph
Witnessing quantum resource conversion within deterministic quantum computation using one pure superconducting qubit
具有一个量子位的确定性量子计算（DQC 1）是突出指数量子加速可以在可忽略的纠缠下实现的标志性。它的发现催化了对一般量子资源的热烈研究，以及关于它们在DQC 1性能优势中的作用的各种解释。连贯性和不和谐是突出的候选人，分别表征本地化和相关系统内的非经典性。在这里，我们在超导系统中实现了DQC 1，该超导系统被设计成可以在整个执行过程中跟踪一致性和不一致性的动态。我们的实验证实，DQC 1作为一个资源转换器，消耗的一致性，在其操作过程中产生不和谐。我们的研究结果突出了超导电路作为一个有前途的平台，实现DQC 1和相关算法，并在实验上表征量子协议中的资源动态。
2019-10-22 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
Verifying the quantumness of bipartite correlations
纠缠是大多数量子信息任务的核心，因此已经做出相当大的努力来寻找确定给定的二分量子态的纠缠内容的方法。在这里，我们证明了一个基本的限制，以确定一个未知的状态是纠缠或没有：我们表明，任何量子测量，可以回答这个问题，必然会提供足够的信息，以确定状态完全。因此，只有关于状态的先验信息才能使纠缠检测在所需的量子资源方面比全状态层析成像便宜。我们还通过考虑决定一个状态是不扩散条约、不一致还是完全经典相关的问题，将我们的处理扩展到其他类型的相关状态。值得注意的是，只有与量子不和谐相关的问题才能在不诉诸全态层析成像的情况下得到回答。
2015-10-12 quant-ph
Experimental characterization of a non-local convertor for quantum photonic networks
我们实验上描述了一个量子光子门，它能够转换多量子比特纠缠态，同时只作用于两个量子比特。它是大型量子网络中的重要工具，可以用于重新连接多体纠缠态或生成特定任务所需的各种纠缠态。该门还可用于产生量子信息处理资源，如纠缠和不和谐。在我们的实验演示中，我们将一个线性四量子比特团簇态转换成不同的纠缠态，包括GHZ态和Dicke态。高质量的实验结果表明，该门具有成为分布式量子光子网络中柔性元件的潜力。
2016-10-14 quant-ph
Operational effects of the UNOT gate on classical and quantum correlations
翻转经典位的非门在经典信息处理中无处不在。然而，它的量子模拟，通用非（UNOT）门，翻转量子自旋在任何对齐到其对映对应物是严格禁止的。在这里，我们探讨这种差异之间的联系，以及如何UNOT门影响经典和量子相关。我们表明，虽然UNOT门总是保持两个自旋之间的经典相关性，它可以非局部地增加或减少他们的共享不和谐的方式，允许违反数据处理不等式。我们实验说明这一点，使用多级捕获\Yb离子，允许模拟反酉操作。
2017-11-14 physics.atom-ph quant-ph
Photonic multipartite entanglement conversion using nonlocal operations
我们提出了一个简单的设置在量子网络的限制访问的多体纠缠态的转换。该计划使用非本地操作，使准备的状态是不等价的本地操作和经典的通信，但最重要的是不需要完全访问的状态。它基于一个灵活的线性光转换门，使用光子，非常适合扩展网络中的分布式量子计算和量子通信。为了说明该门的基本工作原理，我们重点讨论了将一个四比特纠缠团簇态转换成其他局域不等价的四比特态，如GHZ态和对称Dicke态.我们还展示了如何门可以被纳入扩展的图状态网络，并可以用来产生变量纠缠和量子关联没有纠缠，但非零量子不和谐。
2016-11-09 quant-ph
Optimized dynamical protection of nonclassical correlation in a quantum algorithm
量子存储器与其环境相互作用，并通过退相干和不相干丢失信息。在量子信息处理中，一个鲁棒的量子控制，即使在存在环境影响的情况下也能准备、保持和操纵非经典关联，是至关重要的。一种众所周知的抑制退相干的技术，即动态解耦（DD），由应用于系统的一系列快速翻转组成，以便重新聚焦系统-环境相互作用。在这项工作中，我们集成DD与量子门使用最优控制技术，实现强大的量子门，提供对退相干的保护。为了研究非经典关联的保护，我们研究了Grover搜索算法中量子不和谐的演化。使用双量子位NMR系统，我们实验证明了对退相干和不相干的显着保护。我们发现更好的性能，相位交替DD序列与DD脉冲之间的适当间距。有趣的是，我们还发现基于$π/2$脉冲的DD序列在保护非经典相关性方面与具有$π$脉冲的DD序列表现得一样好，甚至更好。我们还支持实验结果，通过分析各种DD方案的鲁棒性。
2019-08-26 quant-ph
A probabilistic imaginary-time evolution quantum algorithm for advection-diffusion equation: Explicit gate-level implementation and comparisons to quantum linear system algorithms
本文提出基于近似概率虚时间演化算子的量子算法求解对流-扩散-反应方程，给出显式门级电路、误差分析与数值验证，并在矩阵规模上实现指数级加速。
2025-03-17 quant-ph
Deterministic construction of arbitrary $W$ states with quadratically increasing number of two-qubit gates
本文提出一种基于cNOT门和单比特门的量子电路，通过逐步增强生成任意比特数的W态，所需两比特门数量呈二次增长，并讨论了实际可行性。
2022-09-16 quant-ph
Meta-learning assisted robust control of universal quantum gates with uncertainties
针对退相干和脉冲不完美导致的量子门保真度下降问题，提出双层学习框架的元强化学习量子控制算法（metaQctrl），在不确定性下以更少脉冲实现更高保真度的通用量子门。
2025-05-04 quant-ph
Decomposition Algorithm of an Arbitrary Pauli Exponential through a Quantum Circuit
本文回顾阶梯算法并提出两种更高效的递归方法（倒阶梯算法和费米子SWAP门方法），分别减少单比特门和CNOT门数量，并讨论费米子门不可替代性。
2023-05-08 quant-ph
Quantum correlations of two qubits interacting with a macroscopic medium
我们考虑两个自旋为1/2的粒子与一个一维N自旋阵列的相互作用，这是一个精确可解的模型。以一维N-自旋阵列为环境，研究了两个粒子自旋的纠缠和量子不和谐（QD）动力学。研究发现，虽然纠缠在演化过程中可能会经历突然的死亡和突然的诞生，但它既不会产生，也不会变得大于它的初始值。与纠缠动力学不同，量子点可以被放大，甚至可以通过粒子与普通环境的相互作用产生。我们还观察到，量子点衰减渐近为零，后来经历了一个竞争对手时，在1D N-自旋阵列的平均激发数变得更大的情况下，两个粒子之间的非零间距。
2015-08-26 quant-ph
Quantum Correlations in Mixed-State Metrology
我们分析了量子关联，如纠缠和不和谐，相位估计的效率，通过研究四个量子线路，可以很容易地实现使用NMR技术的影响。这些电路定义了一种重复单量子比特测量的标准策略，一种只允许经典相关的经典策略，以及两种允许非经典相关的量子策略。除了计算空间（量子位数）和时间（门数）要求外，我们还引入混合性作为实验的关键约束。我们比较了四种策略作为混合参数的函数的效率。我们发现，量子策略给出了N的平方根增强的标准策略相同数量的混合。这个结果甚至适用于具有非经典关联但没有纠缠的高度混合态。
2011-12-30 quant-ph
Quantum Computation with Vibrationally Excited Molecules
提出了一种新的量子计算物理实现方案。分子的振动模式被用来编码量子比特系统。利用最优控制理论计算的整形飞秒激光脉冲实现了全局量子逻辑门。系统的定标是有利的，可以消除退相干源。一个完整的一套和两个量子门的特定分子。详细的分析实验实现表明，今天的脉冲整形器的结构分辨率是完全足够的脉冲形成。
2002-08-05 quant-ph
Numerical Gate Synthesis for Quantum Heuristics on Bosonic Quantum Processors
最近，关于量子最优控制和变分量子算法的相互作用，人们的兴趣和见解激增。我们研究的背景下qudits的框架，例如，可定义为可控的电磁模式的超导腔系统耦合到transmon。通过采用（Petersson和Garcia，2021）中描述的最新量子最优控制方法，我们展示了对多达八个状态的单量子操作和两个量子操作的控制，分别映射到谐振器的单模和双模。讨论了在参数化门的封闭系统上进行数值脉冲工程的结果，这些结果有助于实现量子近似优化算法（QAOA）。结果表明，高保真度（$>$ 0.99）是可以实现的，足够的计算工作，为大多数情况下的研究，和扩展到多模式和开放，嘈杂的系统是可能的。定制的脉冲可以被存储并用作电路量子电动力学（cQED）系统中未来编译器的校准原语。
2022-08-08 quant-ph
Equilibrium and Nonequilibrium Quantum Correlations Between Two Accelerated Detectors
我们量化了耦合到腔中标量场的两个加速探测器之间的量子关联。人们已经认识到，加速探测器将经历一个热浴，这被称为Unruh效应。我们研究的相似性和差异的量子相关性，无论是温度或加速度。由于加速度（resp。温度）增加时，纠缠在某个时刻减小到零，但互信息（分别为不和谐）可以被放大。当加速度增加但方向相反时，量子相关性衰减。重要的是，我们还揭示了更大的量子关联可以出现在某些非平衡的情况下，其中无论是加速度差异或耦合差异变得显着。
2021-11-04 hep-th quant-ph
Asymmetry of CNOT gate operation in superconducting transmon quantum processors using cross-resonance entangling
受控非（CNOT）门通常包含在量子处理器的标准门集中，并提供了纠缠量子比特的重要方式。对于使用交叉共振纠缠技术的固定频率量子位，使用较高频率量子位来控制较低频率量子位能够比使用较低频率量子位作为控制短得多的纠缠时间。因此，当实现需要由较低频率量子位进行逻辑控制的CNOT门时，编译器可以通过使用等效电路来实现该功能，例如将Hadamard门放置在由较高频率量子位控制的CNOT门之前和之后的两个量子位上。然而，由于实现方式取决于哪个量子位是控制，因此自然会出现关于实现方式的相对性能的问题。我们已经在IBM Q网络上使用量子处理器探索了这一点。使用的基本电路包括创建贝尔状态的操作，然后是逆操作，以便在没有错误的情况下将量子位返回到其初始状态（Hadamard + CNOT + barrier + CNOT + Hadamard）。电路深度是不同的使用倍数的这个基本电路。观察到的不对称的最终状态的错误，随着电路的深度增加。不对称的强度和方向是唯一的，但对于每对测试的耦合量子位来说是可重复的。这一观察结果表明，CNOT实现中的不对称性应该针对感兴趣的量子位进行表征，并纳入电路转译中，以获得特定计算的最佳精度。
2020-09-02 quant-ph
Discovery of an exchange-only gate sequence for CNOT with record-low gate time using reinforcement learning
针对交换门量子计算中逻辑门序列过长导致退相干和控制误差的问题，该研究应用强化学习优化CNOT和CZ双量子比特门的交换门序列，实现了总门时间的显著缩短与保真度提升。
2024-02-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Gates Robust to Secular Amplitude Drifts
量子门通常容易受到施加到物理量子位以驱动门的经典控制场中的缺陷的影响。减少这种误差来源的一种方法是将门分成多个部分，称为复合脉冲（CP），通常利用误差随时间的恒定性来减轻其对门保真度的影响。在这里，我们扩展这种技术来抑制长期漂移拉比频率，把它们作为幂律漂移的一阶效应的状态矢量的过度或欠旋转线性添加的总和。幂律漂移的形式为$t^p$，其中$t$为时间，常数$p$为其幂。我们表明，复合脉冲，抑制所有的幂律漂移与$p \leq n$也是高通滤波器的滤波器阶$n+1$ arXiv：1410.1624。我们提出的序列，满足我们提出的幂律幅度标准，$\text{PLA}(n)$，获得这种技术，并比较其模拟性能下的时间依赖性幅度误差的一些传统的复合脉冲序列。我们发现，有一个范围内的噪声频率的$\text{PLA}(n)$序列提供更多的误差抑制比传统的序列，但在低频率限制，非线性效应变得更重要的门保真度比频率滚降。结果，先前已知的$F_1$序列（其是$\text{PLA}(1)$准则的两个解决方案之一并且消除了线性长期漂移和一阶非线性效应两者的抑制）是比低频极限中的任何其它$\text{PLA}(n)$序列更尖锐的噪声滤波器。
2021-10-13 quant-ph
Objectivity, basis ambiguity, and the classical simulability of concordant quantum computation
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
该研究发现量子达尔文主义的缺失可作为量子资源，既为零失谐谐和态量子电路的经典模拟难题提供关键解释，又能支撑安全量子通信协议，还从多维度厘清了量子-经典边界的划分依据。
2026-10-28 quant-ph
Robust Error Accumulation Suppression for Quantum Circuits
本文提出鲁棒误差累积抑制（REAS）技术，将通用量子电路中相干误差的标度从 O(L) 降至 O(√L)，并推导可抑制的退相干噪声形式，在 IBM Quantum 处理器上以 100 比特电路实验验证了有效性。
2025-07-21 quant-ph
Physics-informed neural network for quantum control of NMR registers
本文提出用物理信息神经网络编码NMR量子控制序列，实现最优时间离散化硬件适配，并实验演示了CNOT门合成与长寿命单重态制备。
2024-06-29 quant-ph
Probabilistic Interpolation of Quantum Rotation Angles
针对量子设备旋转角度分辨率受限的问题，提出概率角度插值（PAI）方法，通过随机选择离散门设置并后处理输出实现连续旋转，在最小开销下显著放宽了硬件要求。
2023-11-14 quant-ph
Maximizing Post-selected Quantum Correlations from Classical Interference in a Multi-core Fiber Beamsplitter
四阶干涉是光子量子技术的信息处理基础。当与后选择结合使用时，它形成了光子控制逻辑门、纠缠测量的基础，并可用于产生量子相关。本文以经典弱相干态为输入，研究了新型多芯光纤$4 \times 4$多端口分束器中的四阶干涉。利用两个相互不相干的弱激光脉冲作为输入，我们观察到了来自不同芯的光子之间的高质量的四阶干涉，以及双光子波包的自干涉。此外，我们还证明了通过控制两个输入弱相干态的强度比，可以使以量子不和谐形式存在的量子关联最大化。这应该允许在未来的电信网络中利用量子相关性。
2021-01-11 physics.optics quant-ph
Robust quantum gates using smooth pulses and physics-informed neural networks
量子计算机中退相干的存在需要抑制噪声。通过专门设计的控制脉冲动态校正门提供了一条前进的道路，但硬件特定的实验约束可能会导致复杂性。现有的方法，以获得平滑的脉冲被限制到两个级别的系统，需要优化的噪声实现或限于分段连续的脉冲序列。在这项工作中，我们提出了第一种用于获得真正平滑脉冲的通用方法，该方法可以最大限度地降低对噪声的敏感性，消除对噪声实现进行采样的需要，并对实验噪声的潜在统计数据做出假设。我们使用神经网络，它允许使用大量的优化参数，以充分探索的功能控制空间的参数化的哈密顿。我们证明了我们的方法的能力，通过找到平滑的形状，抑制噪声的影响，在逻辑子空间，以及泄漏出该子空间。
2022-05-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multi-controlled Phase Gate Synthesis with ZX-calculus applied to Neutral Atom Hardware
本文提出一种基于ZX演算的多控制相位门综合方法，利用ZX图的图结构识别电路中隐含的多控制相位门，并在中性原子硬件上验证了其相对于Qiskit综合的执行时间优势。
2024-08-12 cs.ET quant-ph
2D Qubit Placement of Quantum Circuits using LONGPATH
为了实现比传统经典计算更快的速度来寻找计算困难问题的解决方案，量子计算被引入。量子算法可以在伪量子环境中模拟，但实现涉及通过量子门的物理合成来实现量子电路。这需要将复杂的量子门分解为简单的一个量子比特和两个量子比特门的级联。物理合成的方法框架对操作数（量子位）和运算符的放置施加了约束。如果物理量子位可以放置在网格上，其中网格的每个节点表示一个量子位，则量子门只能在相邻的量子位上操作，否则必须插入SWAP门以将非线性最近邻架构转换为线性最近邻架构。SWAP门的插入应该是最佳的，以减少物理实现的累积成本。在实际实施之前，布局和布线需要生成一个进度表。本文提出了两种优化任意量子电路中SWAP门数目的算法。第一个算法的目的是从生成一个交互图开始，然后找到从最大度的节点开始的最长路径。第二种算法优化了任何一对非相邻量子位之间的SWAP门的数量。我们所提出的方法有一个显着减少在1D和2D NTC架构中的SWAP门的数量。
2020-07-14 cs.ET quant-ph
Massless Majorana bispinors and two-qubit entangled state
这是一篇教学论文，在相对论量子力学和量子计算中，考虑了四维无质量狄拉克方程的双旋量解，利用了四维空间的常见数学描述。首先，外尔和无质量的马约拉纳bispinors被证明是酉等价，关闭在文献中关于他们的等价性的差距。文献中报道的线性独立的解决方案的数量的差异也得到了解决。然后，它表明，Weyl双旋量代数等价于两个量子比特的直积态，和无质量的马约拉纳双旋量代数等价于最大纠缠态（贝尔态），与两个双旋量类型的转换作为量子计算中的纠缠门。不同类型的纠缠门，突出显示一组，满足拓扑量子计算中的马约拉纳零模式运营商所需的属性。在此基础上，提出了一个包含四个Majorana算符的通用拓扑量子计算模型，该模型具有从拓扑运算中获得两个逻辑量子比特纠缠所需的所有技术和物理性质.
2020-07-27 quant-ph
Robustness of Dynamic Quantum Control: Differential Sensitivity Bound
该研究提出基于微分灵敏度的量子控制鲁棒性度量，建立参数不确定性下的性能保证，发现高保真控制中保真度与鲁棒性正相关而非此消彼长。
2024-06-21 quant-ph
Error threshold estimation by means of the [[7,1,3]] CSS quantum code
量子计算中所需的状态受到退相干的极大影响。已经提出了几种方法来控制误差扩散。他们使用两个主要工具：容错结构和级联量子纠错码。在这项工作中，我们估计了进行足够长的量子计算所需的阈值条件。使用[[7，1，3]] CSS量子码和Shor方法来测量错误伴随式。不包括串联。利用去极化信道误差模型引入了退相干效应，通过数值仿真得到了几个阈值。关于在存储器中稳定的量子位的维持，错误概率必须小于2.9 × 10-5。为了以有效的容错方式实现一个或两个量子比特编码门，如果存储器错误概率小于1.3 × 10-5，则可以选择适当的非编码噪声门。此外，满足最后一个条件允许我们假设与等效的非编码过程相比更有效的行为。
2004-11-05 quant-ph
Characterization of Unruh Channel in the context of Open Quantum Systems
我们通过Choi矩阵方法表明，Unruh加速对量子比特的影响类似于量子比特与真空浴的相互作用，尽管Unruh温度是有限的。因此，从这个框架中的退相干的角度来看，粒子经历了一个具有温度修改的相互作用强度的真空浴，而不是热浴。我们调查如何“相对论退相干”是由环境引起的退相干的存在下修改，通过研究量子信息的退化，量化的参数，如非局域性，隐形传态保真度，纠缠，相干性和量子测量引起的干扰（discord-like措施）。并对栅、沟道保真度等性能参数进行了研究。我们强调退相和耗散环境相互作用之间的区别，考虑量子非爆破和压缩广义振幅阻尼通道，分别行动，其中，特别是，压缩被证明是一个有用的量子资源。
2016-03-17 hep-th quant-ph
The Structure of Quantum Questions
本文将量子测量建模为有限结果的问题，基于量子比特观测提出信息性假设并推广到高维系统，揭示其与 Pauli 矩阵、张量积及演化描述的结构对应。
2024-02-29 quant-ph
Distribution of quantum entanglement: Principles and applications
量子纠缠是量子粒子间的一种关联形式，它已成为量子信息和通信科学的重要组成部分。例如，它已被证明能够实现或增强量子处理任务，如量子密码学、量子隐形传态和量子计算。然而，由于与环境散射体的相互作用，量子纠缠容易发生退相干，使其成为昂贵的资源。因此，理解它的创造至关重要。我们把注意力集中在一种情况下，人们希望在分开的主粒子之间分配量子纠缠。在这种情况下，有必要使用在它们之间通信或与它们持续交互的辅助系统。Cupertino等人表明，辅助系统不需要与主粒子纠缠以分散纠缠。这已经在通信辅助粒子的情况下通过实验证明，现在已知分布式纠缠的界限由通信量子不和谐给出。另一方面，很少有人了解的设置与连续的相互作用，尽管它在自然界中大量发生。本论文的主要内容是研究量子纠缠通过与辅助粒子（我称之为介体）的连续相互作用的分布。我将介绍我的工作有关的必要条件，纠缠分配，相关的因素是分配量，以及速度限制，以实现最大的纠缠增益。最后，我提出了一些值得注意的应用程序，可以从我们的工作中受益。这包括间接探测光机械镜、光合生物和引力相互作用的量子性质。
2020-03-19 quant-ph
NISQ circuit compilation is the travelling salesman problem on a torus
噪声中等规模量子计算机（NISQ）预计将执行高达几百个量子位的量子线路。这些电路必须符合NISQ架构的限制，关于量子位分配和多量子位门的执行。量子线路编译（QCC）取一个兼容电路，输出一个兼容电路.经典的优化方法可以用于QCC吗？编译是一个已知的组合问题，可以通过两种类型的操作来解决：1）量子比特分配，以及2）门调度。我们非正式地表明，这两个操作形成一个离散环。QCC的搜索景观是二维离散环面，其中顶点表示电路量子位如何分配给NISQ寄存器的配置。环面的边缘加权调度电路门的成本。我们的方法的新颖性利用了电路的门列表是循环的这一事实：编译可以从任何门开始，只要所有的门都将被处理，并且编译后的电路具有正确的门顺序。我们的工作弥合了经典电路设计自动化和新兴的量子线路优化领域之间的理论和实践差距。
2021-02-09 cs.DS cs.ET cs.SE
The power of a control qubit in weak measurements
在80年代后期，Aharanov，Albert和Vaidman提出的一种奇怪的效应为弱耦合系统的量子测量开辟了新的前景。在那里，“弱”有限相互作用与“强”选择后测量的组合导致异常效应，即在$z-$方向上自旋为1/2的粒子的平均值位于$\pm$ 1的常规光谱之外。在本文中，我们研究了量子比特系统的弱值放大的量子控制耦合到一个米，通过第二个非相互作用的量子比特，最初与第一个量子相关。我们的结果表明，对于弱测量，控制可以通过第二量子比特的后选择状态或米的压缩程度远程实现。此外，在研究放大的量子控制的一个步骤中，我们可以很容易地操纵初始相关量子比特之间的量子相关程度。我们发现纠缠度对放大的量子控制没有影响。然而，我们已经发现了放大和量子不和谐测量之间的明确联系，以及量子比特之间的经典相关性。此外，我们将分析推广到两个控制量子比特，我们可以得出结论，单控制量子比特方案是更有效的。最后，我们提出了放大控制协议在提高量子测量精度方面的一个原创性应用，例如，与无放大情况相比，以更精确的方式测量后选择的控制量子比特的相对相位
2016-09-28 quant-ph
On the moments of random quantum circuits and robust quantum complexity
本文研究随机量子电路的鲁棒电路复杂度增长，通过界定作用于相位态的对角酉算子辅助随机游走的矩，证明了小误差下线性、常数误差下平方根的复杂度下界，并给出常数误差线性增长的猜想。
2023-06-02 quant-ph
Demonstration of Scully-Drühl-type quantum erasers on quantum computers
提出新型量子电路真正实现Scully-Drühl型延迟选择量子擦除器，在IBM Quantum和IonQ处理器上验证了干涉图样恢复，消除了逆因果性哲学漏洞并实现微秒级延迟擦除。
2025-05-31 quant-ph
Some Novel Thought Experiments Involving Foundations of Quantum Mechanics and Quantum Information
在本论文中，我们利用量子纠缠的特性，提出了一些新颖的思想实验，这些实验涉及量子力学和量子信息理论的基础。关于量子力学的基础，我们提出了一些典型的包含两个关联粒子的体系，它们可以在粒子对的个体层次上区别标准量子力学和玻姆量子力学。同时，这两种理论在粒子系综水平上给出了相同的预言。在量子信息理论方面，利用两个EPR粒子共享的纠缠空间态，提出了量子密集编码和量子隐形传态两种理论量子通信方案。结果表明，在我们的密集编码方案的经典信息增益率是大于一些以前提出的多量子比特协议的对数因子依赖于希尔伯特空间的维数。提出的隐形传态方案可以提供一个完整的波函数隐形传态的对象具有其他自由度在我们的三维空间，为第一次。利用对称规范化Hadamard矩阵、一些基本门和一个典型的条件门，设计了我们的态制备和Bell态测量过程中所需的所有幺正算符。
2004-02-19 quant-ph
Optimal Control for Open Quantum Systems: Qubits and Quantum Gates
本文综述了量子系统动力学最优控制策略的制定和执行方面的最新进展。简要介绍了最优控制的概念、开放量子系统的动力学和量子信息处理，然后介绍了关于这方面两个主要任务的最优控制的最新发展：状态特定和状态无关的最优控制。对于前者，我们提出了一个扩展的传统理论（庞特里亚金的原则）的量子系统进行非马尔可夫时间演化。由于它对实现量子信息处理的重要性，本文的主要内容是与状态无关的最优控制。在这里，我们解决三种不同的方法：一种方法，它对待耗散的影响，从环境中的最低阶微扰理论，一般方法的基础上的时间演化超算子的概念，以及一个基于克劳斯表示的时间演化超算子。说明这些新方法的应用集中在单量子位和双量子位（量子门）上，其中环境在林德布拉德方程或玻色子浴（自旋玻色子模型）内建模。虽然这些方法是广泛适用的，我们将把我们的注意力集中在基于固态的物理实现，如半导体和超导体为基础的系统。虽然我们试图参考整个社区的相关和代表性的工作，但博览会将主要集中在我们自己的小组中出现的工作。
2009-10-02 cond-mat.other quant-ph
Genuine quantum correlations in quantum many-body systems: a review of recent progress
量子信息理论对理解量子多体系统有很大帮助。量子关联的作用，特别是二分纠缠，已成为至关重要的建模，分类和模拟量子多体系统。此外，纠缠的缩放激发了对多体系统模拟的数值技术的修改，导致现在建立的张量网络领域。然而，量子信息带来的概念和方法并不止于两体纠缠。量子多体系统的基态、激发态和热态中还存在其他形式的相关性，这些相关性也需要探索，并可能被用作量子技术的潜在资源。本文的目的是回顾量子多体系统关联的最新进展，重点是多体纠缠，量子非定域性，量子不和谐，互信息，以及其他非经典措施的相关性的基础上量子相干性。此外，我们还讨论了量子精密测量在量子多体系统中的应用。
2018-07-26 cond-mat.other cond-mat.str-el quant-ph
Dynamic Qubit Routing with CNOT Circuit Synthesis for Quantum Compilation
本文提出PermRowCol算法，在量子编译中动态重映射逻辑量子比特以路由CNOT门，相比Steiner-Gauss和RowCol减少输出CNOT数量，并可推广至Clifford+T电路及相位多项式综合。
2023-11-15 quant-ph
High-performance parallel classical scheme for simulating shallow quantum circuits
最近，恒定深度的量子线路被证明在解决某些问题时比经典电路更强大，例如，关于对称二进制矩阵的二维（2D）隐藏线性函数（HLF）问题。为了进一步研究经典计算模型和量子计算模型之间的边界，本文提出了一种高性能的两阶段经典方案来解决二维HLF问题的全采样变体，该方案将传统的经典并行算法和基于门的经典电路模型相结合，用于精确模拟目标浅量子线路。在合理的参数假设下，理论分析表明，对于大多数问题实例，我们的经典模拟器比近期量子处理器消耗更少的运行时间。此外，我们展示了典型的全连接的二维网格实例，通过适度的FPGA电路，并表明我们设计的并行方案是一个实际的可扩展的，高效的和操作方便的工具，用于模拟和验证当前的量子硬件执行的图状态电路。
2021-03-01 quant-ph
Entanglement entropy scaling in solid-state spin arrays via capacitance measurements
固态自旋阵列正在各种系统中设计，包括门控耦合量子点和半导体结构中的相互作用掺杂剂。除了量子计算，这些阵列是多体模型的有用的集成模拟模拟器。在这些模型中，由于单个自旋之间的纠缠是非常短的范围，人们必须测量块的纠缠熵才能真正验证它们的多体纠缠性质。值得注意的是，由共形场论预言的纠缠熵的特征标度从未被测量过。在这里，我们表明，只有两个副本的自旋阵列，和电容双点单重态-三重态测量相邻的自旋对，上述缩放的纠缠熵可以得到验证。这开启了量子场论的受控模拟，因为我们在工程固态系统中使用均匀链和近藤型杂质模型。我们的程序仍然有效，即使在现实的量子设备的典型缺陷的存在下，可以用于测温，并绑定纠缠和不和谐的混合多体状态。
2017-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Topological Quantum Gates in Homotopy Type Theory
本研究基于弦论/M理论与凝聚态理论成果，提出用参数化点集拓扑表述拓扑量子门，可在同伦类型化语言中验证，为拓扑量子计算架构的模拟验证提供新范式，并将扩展为完整量子编程/验证语言。
2023-03-04 cond-mat.str-el hep-th math-ph
