Entanglement Detection for Two-Qubit and Three-Qubit Pure States via Unitary Transformations and Ancilla State Measurements
School of Science, Zhejiang University of Science and Technology（浙江科技大学理学院）；School of Mathematical Science, Capital Normal University（首都师范大学数学科学学院）
本文针对量子纠缠检测问题，基于酉变换和辅助测量提出量子电路方案，可直接测量两体并发度和三体3 - 缠结纠缠度量，无需全量子态层析成像，为纠缠特性实验表征及多体纠缠资源应用奠定基础。
2026-07-17 quant-ph
A simpler algorithm to mark the unknown eigenstates
对于酉算子$U$的未知本征态$|ψ\rangle$，假设我们有一个相应本征值的估计，该估计与所有其他本征值之间的距离为最小值间隔$Δ$。在本征态标记问题（EMP）中，目标是实现$|ψ\rangle$状态（称为\emph{marking}，量子搜索算法语言中的$|ψ\rangle$状态）的选择性相变。EMP在几个量子算法的构建中有重要的应用。最著名的EMP算法结合了相位估计算法和多数表决的思想。它使用$U$的$Θ(\frac{1}Δ\ln \frac{1}ε)$应用程序，其中$ε$是容许误差。它需要$Θ\left(\ln \frac{1}Δ\right)$辅助量子位用于相位估计，另一个$Θ\left(\ln \frac{1}ε\right)$辅助量子位用于多数表决。在本文中，我们表明，多数表决是不是EMP的一个至关重要的要求，同样的目的也可以实现使用不需要任何辅助量子比特的定点量子搜索算法。在多数投票的情况下，需要这些辅助量子比特来进行控制转换，这在物理上很难实现。利用不动点量子搜索，我们去掉了这些$Θ\left(\ln \frac{1}ε\right)$辅助量子比特和相同数量的受控变换。这样我们就得到了一个更简单的标记未知本征态的算法。然而，所需的$U$应用次数增加了$Θ\left(\ln \frac{1}ε\right)$的倍数。这种折衷在空间资源更加受限或受控变换非常昂贵的典型…
2016-11-08 quant-ph
Mixing of quantum states under Markovian dissipation and coherent control
给定等维Hilbert空间中任意两个量子态$ρ$和$σ$满足优化条件$ρ\succ σ$，总有可能用一个么正量子映射变换$ρ\mapsto σ$.事实上，任何这样的变换都可以仅仅借助于噪声操作来实现，即，通过访问最大混合辅助状态和酉变换，共同作用在系统辅助空间。在这里，我们研究了状态之间可能的转换（即，诱导的前序状态）时，一个限制的酉控制的量子系统单独和取代最大的混合ancillas与马尔可夫主方程，由单位Lindbladian表示。作为主要结果，我们找到了Lindbladian耗散具有与噪声操作相同的转换功率的充分必要条件，即，当且仅当$ρ\succ σ$时，任何变换$ρ\mapsto σ$都是可能的。
2019-04-26 quant-ph
Non-Gaussian states for continuous variable quantum computation via Gaussian maps
我们研究了非高斯态的光作为辅助输入，用于产生连续变量的量子计算所需的非线性变换。我们考虑了最近提出的一种制备立方相态的方法，找到了制备态的确切形式，并与理想立方相态进行了详细的比较。因此，我们确定了准备一个理想的立方相态的主要挑战，并描述了与非理想的准备状态实施的门。我们还找到了可以用辅助Fock态实现的一般形式的操作，以及高斯输入态、线性光学和压缩变换、零差检测和前馈，并讨论了利用辅助Fock态实现连续变量量子计算的可行性。
2007-07-23 quant-ph
Digital quantum simulation of Schrödinger dynamics using adaptive approximations of potential functions
位置基中连续变量量子系统的数字量子模拟（DQS）需要有效实现对角幺正，逼近由势能函数生成的时间演化算子。在这项工作中，我们提供了有效的实现适合于潜在的函数逼近分段多项式，均匀或自适应选择的子域。对于固定精度的近似，我们展示了自适应网格如何以引入少量辅助量子位为代价显着减少总门数。我们证明了电路结构与物理动机和人工设计的潜在功能，并讨论其推广到更高的维度。
2022-12-09 cs.NA math.NA quant-ph
Quantum disentanglers
不可能将处于未知状态$|ψ>$的量子位从在特定参考状态$|0>$中制备的（N-1）个辅助量子位的集合中解开。也就是说，不可能{ \em完美}执行转换$(|ψ,0...,0\r +|0,ψ,...,0\r +...+ |0,0,...ψ\r) \to |0,...,0>\otimes |ψ>$。问题是我们能做得多好？我们考虑了许多不同的方法，从一个纠缠态中提取一个未知态，该纠缠态是由该量子比特和一组处于已知态的辅助量子比特形成的。正如预期的那样，测量整个系统是效率最低的方法。我们提出了各种量子“设备”，从辅助量子位集合中解开未知量子位。特别是，我们提出了最佳的通用解纠缠的未知量子比特的保真度，这并不依赖于量子比特的状态，和概率解纠缠，执行完美的解纠缠变换，但概率小于1。
2000-06-09 quant-ph
Optimal (controlled) quantum state preparation and improved unitary synthesis by quantum circuits with any number of ancillary qubits
本文针对受控量子态制备和酉合成问题，构造了深度与规模最优或接近最优的量子线路，利用任意数量辅助量子比特，实现了时间-空间权衡，并显著缩小了酉合成的复杂度差距。
2023-05-16 quant-ph
Programmable quantum channels and measurements
我们回顾了两个严格相关问题的部分结果。第一个问题在于找到系统和辅助系统上的最佳联合酉变换，这是通过改变辅助系统的状态来对系统上的任何期望信道进行编程的最有效的变换。在这方面，我们提出了一个解决方案的二维系统和附属。第二个问题在于找到最佳的通用可编程检测器，即可以通过改变辅助系统的状态来调整以在给定量子系统上执行任何所需测量的设备。对于辅助的有限尺寸，只有近似的通用可编程性是可能的，最小尺寸增加函数与近似的精度。我们表明，可以实现一个尺寸增长多项式与精度，甚至在特定情况下线性。
2005-10-05 quant-ph
Super-Sensitive Ancilla-Based Adaptive Quantum Phase Estimation
在量子相位估计中获得的超灵敏度已知在退相干的存在下会受到损害。这在盲点--灵敏度完全丧失的相位值--处尤其明显。一种补救方法是使用精确已知的参考相位来将传感器的操作点移位到较不易受影响的相位值。我们在这里提出了另一种方法的基础上相结合的探针与辅助自由度包含可调参数，以创建一个纠缠的量子态的更高的维度。我们验证了这一概念，通过模拟配置的马赫-曾德尔干涉仪与双光子探针和可调参数的偏振辅助，纠缠在偏振分束器。在干涉仪输出端，光子在偏振子空间中经过可调的么正变换后被测量。通过计算的Fisher信息和模拟的自适应估计过程中，我们表明，使用自适应测量过程优化可调偏振参数提供了全球范围内的退相干水平的超灵敏无偏相位估计，没有先验信息或参考相位。
2017-03-09 quant-ph
Universal perspective on nonadiabatic quantum control
本文提出基于辅助绘景和投影算符冯·诺依曼方程的普适非绝热量子控制框架，可统一多种理论与方法并实现布居循环转移。
2025-01-07 quant-ph
Quantum conjugate gradient method using the positive-side quantum eigenvalue transformation
针对量子算法在真实器件求解线性方程组的电路深、辅助量子比特多的问题，提出基于正侧量子特征值变换的量子共轭梯度法，电路深度获平方根级提升，辅助比特数为常数，数值实验验证其电路深度性能比同类算法高3-4个数量级。
2024-04-13 quant-ph
Perfect pure quantum state transfer via state restoring and ancilla measurement
Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry RAS（俄罗斯科学院化学物理和药物化学问题联邦研究中心）；Zhejiang University（浙江大学）
该研究提出在自旋-1/2链上实现任意纯量子态完美转移的协议，通过局部变换恢复发送者状态，利用辅助量子比特标记并去除垃圾，经编码、转移、恢复、解码等步骤完成任意纯态的完美转移算法。
2026-07-08 quant-ph
Memory cost of quantum protocols
在本文中，我们考虑的问题，最小化所需的辅助系统实现任意策略的量子协议，与经典的记忆的援助。为此，我们引入了策略内存成本的概念，它衡量辅助维度所需的资源。我们提供了一个条件的成本等于一个给定的值，我们使用这个结果来评估成本在一些特殊情况下。作为一个例子，我们表明，任何协变协议克隆的酉变换需要最多一个辅助量子比特。我们还证明了内存成本必须在全局范围内确定，并且不能通过在策略的每一步独立地优化资源来计算。
2011-12-16 quant-ph
Optimal fermion-qubit mappings via quadratic assignment
University of Cambridge（剑桥大学）；University of Delaware（特拉华大学）；University of Oxford（牛津大学）
本文提出两种方法优化费米子-量子比特映射，在有限量子比特下平衡低比特和低门复杂度需求。第一种方法将费米子标签顺序作为二次分配问题实例，以最小化问题哈密顿量的总和和最大泡利权重。第二种方法通过逐步添加辅助量子比特减少泡利权重，将总泡利权重降低67%。
2026-03-21 quant-ph
Quantum singular value transformation without block encodings: Near-optimal complexity with minimal ancilla
该研究提出无块编码的量子奇异值变换新方法，仅用1个辅助量子位、借助Trotter方法与Richardson外推实现近最优复杂度，还拓展了应用场景，降低了量子算法硬件开销。
2025-09-03 cs.DS quant-ph
Physical accessible transformations on a finite number of quantum states
我们考虑在一个统一的框架下处理常见的概率克隆、状态分离、明确的状态判别、\emph{etc}。所有这些变换都可以看作是有限个输入态上广义完全正迹非增映射的特例。从系统-附属模型出发，构造了全系统中纯$\to$纯、纯$\to$混合、混合$\to$纯、混合$\to$混合态变换的相应幺正实现，并得到了所需映射存在的充要条件.我们希望我们的工作将有助于探索我们可以做一个有限的输入状态集。
2006-11-09 quant-ph
Operator Locality in Quantum Simulation of Fermionic Models
用量子比特模拟费米子晶格模型需要将费米子自由度映射到量子比特。完成这项任务的最简单的方法是乔丹-维格纳变换，它产生了作用于大量量子比特的泡利算符串。这种开销可能会阻碍基于量子位的量子模拟器的实现，特别是在模拟环境中。因此，在这里，我们回顾和分析替代的费米子到量子比特映射，包括Bravyi和Kitaev的两种方法和辅助费米子变换。的Bravyi-Kitaev变换的经典数据结构和推广方面，以实现局部费米模型的矩形格子上的局部性进一步改善。我们的结论是，最紧凑的编码的费米子运营商可以使用辅助量子比特与辅助费米子计划。在不引入Ancillas的情况下，Bravyi-Kitaev变换的变体为Hubbard模型提供了最紧凑的费米子到量子比特映射。
2017-01-24 quant-ph
A Variational Dissipative Framework for Quantum Algorithms
Center on Frontiers of Computing Studies, Peking University（北京大学前沿计算研究中心）；School of Computer Science, Peking University（北京大学计算机学院）；Faculty of Information Science and Engineering, Ocean University of China（中国海洋大学信息科学与工程学院）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；China Center of Advanced Science and Technology（中国科学院科技政策与管理科学研究所）
提出一种变分耗散框架，通过辅助量子比特辅助的工程耗散模块与变分量子电路结合，扩展可制备的混合态空间，并应用于基态搜索和状态恢复任务。
2026-05-25 quant-ph
General framework for quantum search algorithms
Grover的量子搜索算法通过使用这些状态的选择性变换来驱动量子计算机从准备好的初始状态到期望的最终状态。在这里，我们分析一个框架时，一个选择性的transformations被替换为一个更一般的酉变换。我们的框架封装了Grover算法的几个以前的概括。我们表明，一般的量子搜索算法可以通过控制变换，通过辅助量子比特得到改进。作为这种改进的一个特例，我们得到了一个更快的二维空间搜索量子算法。
2009-07-06 quant-ph
Universal Quantum Circuit of Near-Trivial Transformations
任何酉变换都可以分解为一组近似平凡变换的乘积。详细研究了近平凡变换的普适量子线路的构造。我们首先构造了两个能在任意精度下实现任意单比特旋转的通用量子电路$R_y(θ)$和$R_z(θ)$，然后构造了能在任意精度下实现任意单比特变换的通用量子线路.最后，利用$R_y(θ)$和$R_z(θ)$的通用量子电路构造了一个实现任意$n$ -量子比特近平凡变换的通用量子线路.在所提出的通用量子线路中，每个量子变换被编码成一个比特串，该比特串用作辅助输入。电路的输出由相关的比特串和近平凡变换的结果组成。我们的结果可能对未来通用量子计算机的设计有一定的参考价值。
2011-05-09 quant-ph
Physical realizations of quantum operations
量子操作（QO）描述了量子力学中允许的任何状态变化，例如开放系统的演化或由于测量引起的状态变化。我们解决的问题，其中酉变换和可观测量可以用来实现QO一般不同的输入和输出希尔伯特空间。我们对QO的所有酉扩展进行了分类，并给出了自由演化直和膨胀和相互作用张量积膨胀的明确实现。在希尔伯特空间维度的自由演化膨胀最小化实现QO所需的物理资源，并在这种情况下，我们提供了边界的辅助空间的尺寸与秩的QO。相互作用的膨胀，另一方面，对应于习惯的辅助系统相互作用的实现，并为这些我们推导出一个优化关系，选择系统和辅助系统之间允许的单一相互作用。
2003-08-25 quant-ph
Asymptotically Optimal Depth Fermionic Permutation on 2D Grid Quantum Architecture without Ancillas
Yale University（耶鲁大学）；Yale Quantum Institute, Yale University（耶鲁量子研究所）
针对二维网格架构，提出一种无需辅助量子比特、中间测量或经典前馈的费米子置换协议，实现最优的O(√N)深度和O(N√N)近邻门，并扩展到三种费米子编码间的转换，在早期容错量子计算中显著降低深度、时空体积和保真度损失。
2026-09-09 quant-ph
Experimental realization of deterministic and selective photon addition in a bosonic mode assisted by an ancillary qubit
本文在超导量子比特辅助下，于微波腔玻色模式中实验实现了光子数选择性的确定性光子添加操作，通过双光子跃迁实现相反光子宇称空间之间的相干单向映射，为玻色系统自主量子纠错及非幺正变换提供了新途径。
2025-03-28 quant-ph
Hamiltonian Eigenvalue Transformation by Tridiagonal Gadgets
Université Paris Cité, CNRS, IRIF（巴黎西岱大学）；Alfréd Rényi Institute of Mathematics（阿尔弗雷德·雷尼数学研究所）；Université de Bordeaux, CNRS, LaBRI（波尔多大学）；Université libre de Bruxelles, QuIC（布鲁塞尔自由大学）
本文提出用三对角辅助量子比特链实现任意局域哈密顿量的多项式变换，通过不同长度链的加权和逐项逼近，实现特征值滤波和绝热优化，代价为多项式辅助比特和能量尺度。
2026-10-05 cs.DS quant-ph
Efficient Quantum Circuit Construction of Controlled Time-Evolution for Arbitrary Pauli-Sum Hamiltonians
Faculty of Engineering, Yokohama National University（横滨国立大学工学部）；Department of Applied Physics and Physico-Informatics, Keio University（庆应义塾大学应用物理·物理信息系）
针对任意泡利和哈密顿量，提出一种递归算法将泡利项分组并分配反交换符号翻转泡利串，从而消除分组时间演化块中的辅助控制，显著降低编译T深度和CX深度。
2026-06-04 quant-ph
Demonstration of deterministic and high fidelity squeezing of quantum information
通过采用最近的建议（R。菲利普，P.马雷克和U.L. Andersen，Phys.Rev.A { \bf 71}，042308（2005）\cite{Filip05.pra}），我们实验证明了光场的普遍的、确定性的和高保真的压缩变换。它仅依赖于线性光学、零差检测、前馈和辅助压缩真空态，从而避免了强泵浦与量子态之间的直接相互作用。我们证明了三个不同的压缩水平的相干态输入。该方案非常适用于连续变量量子计算机中的容错压缩变换。
2007-11-09 quant-ph
Quantum Circuit for Non-Unitary Linear Transformation of Basis Sets
本文提出一种基于奇异值分解（SVD）的基组非幺正线性变换量子电路方法，实现O(n)操作深度与n个辅助量子比特，可计算不同希尔伯特子空间波函数重叠，提升多本征态能量计算准确性并扩展量子计算应用。
2025-02-13 quant-ph
Black-Box Separation Between Pseudorandom Unitaries, Pseudorandom Isometries, and Pseudorandom Function-Like States
该研究通过构建酉算子谕示和基于量子奇异值变换的敌手，证明了伪随机酉算子、伪随机等距算子与类伪随机函数态生成器三类量子伪随机原语之间的三类黑盒构造不可能性，部分解决了其等价性开放问题。
2025-10-06 quant-ph
Engineering of arbitrary U(N) transformations by quantum Householder reflections
我们提出了量子Householder反射（QHR）M（v）=I-2的一个简单的物理实现|v><v|在N个简并态（形成q单元）的量子系统中，通过N个共振或近似共振的脉冲外部场同时耦合到辅助（激发）态。我们还引入了广义QHR M（v;k）=I+（exp{ik}-1）|v><v|，当场从与激发态的共振适当地失谐时，可以在相同的N-pod系统中产生。我们使用这两个运营商作为积木在构建任意预选酉变换。我们证明了最一般的U（N）变换可以被N-1个标准QHR和一个N维相位门分解（从而产生），或者被N-1个广义QHR和一个一维相位门分解。从数学上看，这些QHR因子分解提供了U（N）群的参数化。作为一个例子，我们提出了一个配方，用于构建量子傅里叶变换（QFT）的最多N个相互作用步骤。例如，对于N=2，QFT需要单个QHR，并且对于N=3和4，仅需要两个QHR。
2007-08-21 quant-ph
Resource-Tunable Quantum Circuit Implementation of Nonlinear Element-Wise Transformations
School of Mathematical Sciences, Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学数学科学学院）
提出资源可调的量子框架，通过多项式分解实现非线性逐元素变换，在查询复杂度、门复杂度和辅助比特间权衡，适用于激活函数和图像变换。
2026-10-01 quant-ph
Correlation in Catalysts Enables Arbitrary Manipulation of Quantum Coherence
量子资源操纵可能包括一个称为催化剂的辅助状态，它有助于转换，同时在最后恢复其原始形式，并且表征催化剂所实现的增强对于揭示感兴趣的宝贵资源量的最终可操纵性至关重要。在这里，我们表明，允许多个催化剂之间的相关性可以提供任意功率的量子相干性的操纵。我们证明，任何状态转换可以完成一个任意小的误差与催化剂的协变操作，可能会创建一个相关性，同时保持其边缘状态完好。这就提出了一种新的类盗用现象，其中资源盗用归因于多个催化剂之间产生的相关性。我们将我们的分析扩展到一般的资源理论，并提供了条件，可行的转换，涉及相关的催化剂的协助下，把一个严格的限制其他量子资源显示这种异常增强，以及表征可实现的转换，其渐近状态转换。我们的研究结果不仅提供了一个总体概述的权力相关的催化剂，但也朝着完整的表征资源的可转化性在量子热力学与相关催化剂的一步。
2022-06-14 quant-ph
Rotationally-Invariant Circuits: Universality with the exchange interaction and two ancilla qubits
针对连续对称下局域幺正变换通用性失效的问题，研究刻画了k局域旋转不变量子比特电路的约束，证明借助两个辅助量子比特可通过2局域Heisenberg交换相互作用实现任意旋转不变幺正变换，单个辅助量子比特则无法实现，并探讨了相关应用场景。
2022-02-04 cond-mat.str-el hep-th math-ph
Randomized Quantum Singular Value Transformation
提出首个随机量子奇异值变换算法，仅用单辅助量子比特并避免块编码，门复杂度与哈密顿量项数无关，对多项式次数二次依赖，在求解量子线性系统和估计基态性质上优于先前随机算法，适用于早期容错量子设备。
2025-10-08 cs.DS quant-ph
Ancilla wavefunctions of Mott insulator and pseudogap metal through quantum teleportation
提出一种基于量子隐形传态和辅助比特的莫特绝缘体新波函数，通过单一参数连续调节电荷能隙，并数值证实其有效性，为理解金属-绝缘体相变提供了包含分数费米液体相的新概念框架。
2023-07-29 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum Phase Processing and its Applications in Estimating Phase and Entropies
本文提出 quantum phase processing 工具箱，通过单辅助比特电路对酉算子本征相位进行任意三角变换，并用于无 QFT 的相位估计、Hamiltonian 模拟、纠缠谱与量子熵估计。
2023-11-30 cs.ET math-ph math.MP
Ground state preparation and energy estimation on early fault-tolerant quantum computers via quantum eigenvalue transformation of unitary matrices
在适当的假设下，[Lin，Tong，Quantum 2020]中的算法可以估计基态能量并以接近最优的查询复杂度准备量子哈密顿量的基态。然而，这是基于汉密尔顿的块编码输入模型，其实现已知需要大量的资源开销。我们开发了一种称为酉矩阵与实多项式的量子本征值变换（QET-U）的工具，该工具使用受控哈密顿演化作为输入模型，单个辅助量子比特并且没有多量子比特控制操作，因此适用于早期容错量子设备。这导致了一个简单的量子算法，优于所有以前的算法与可比的电路结构，用于估计的基态能量。对于一类量子自旋哈密顿量，我们提出了一种新的方法，利用一定的反对易关系，并进一步消除了实施受控哈密顿演化的需要。结合基于Trotter近似的哈密顿演化，所得到的算法可以非常适合于早期的容错量子器件。我们证明了使用IBM Qiskit的横向场伊辛模型的算法的性能。如果我们进一步允许使用多量子比特Toffoli门，那么我们可以实现幅度放大和新的二进制幅度估计算法，这增加了电路深度，但降低了总的查询复杂度。所得到的算法饱和的基态准备和能量估计使用一个恒定的辅助量子比特数（不超过3）的接近最优的复杂度。
2022-10-18 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Suppressing Gauge Drift in Quantum Simulations with Gauge Transformations
本文提出一种基于规范变换的方法，利用Zeno效应频繁投影和演化中变换来抑制量子格点规范模拟中的规范漂移，并在1D SU(2)模型上验证。
2025-01-21 hep-lat nucl-th quant-ph
Crossover from Fast Scrambling to Operator Confinement Tuned by an Auxiliary Qubit
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
该研究提出含辅助量子比特的混合场伊辛链模型，通过调控无量纲参数 λ 实现快速 scrambling 与算符 confinement 的 crossover，揭示相关隐藏对称性，调和了星型几何两种 scrambling 行为的矛盾。
2026-08-18 cond-mat.other quant-ph
No-go theorems for photon state transformations in quantum linear optics
该研究针对保持总光子数的量子线性光学光子态变换，通过分析量子演化代数找到守恒量，提出三个不可行定理，明确了光子模式重分配、完美Bell态生成及纠缠态转换的限制。
2023-11-09 math-ph math.MP physics.optics
Nontrivial multi-product commutation relation toward reducing T-count in sequential Pauli-based computation
The University of Osaka（大阪大学）；RIKEN Center for Quantum Computing（理化学研究所量子计算中心）
提出多乘积交换关系（MCR）作为新的无辅助量子电路变换规则，并实现MCR编译器，在基准测试中进一步减少T门数量。
2026-06-01 quant-ph
Quantum Process Realization of LDPC Code Dualities and Product Constructions
Department of Physics, University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校物理系）
本文通过量子过程实现LDPC码的对偶性和积构造，利用ZX-Calculus图示法和系统算法提取量子电路，揭示经典LDPC码与Tanner图算子代数的关系，建立编码变换、量子电路与量子相变之间的统一框架。
2026-09-29 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum Eigenvalue Transformations for Arbitrary Matrices
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）；Università della Svizzera Italiana（瑞士意大利语区大学）；Basque Center for Applied Mathematics (BCAM)（巴斯克应用数学中心）
本文提出一种方法，通过作用于本征值扩展量子信号处理和量子奇异值变换到任意平方矩阵，引入n-正则块编码概念并提供简单构造。
2026-09-02 quant-ph
Quantum Channel Construction with Circuit Quantum Electrodynamics
量子信道可以描述量子力学允许的所有变换。我们提供了一个明确的通用协议来构建所有可能的量子信道，使用一个量子比特的辅助量子非破坏读出和自适应控制。我们的构造在物理资源和电路深度方面都是高效的，并且可以使用超导电路和各种其他物理平台进行演示。量子信道的构建有许多应用，包括系统稳定和量子纠错、马尔可夫和奇异信道模拟、广义量子测量的实现以及更通用的量子仪器。任意量子信道的有效构建为量子控制、量子传感和信息处理任务开辟了令人兴奋的新可能性。
2016-11-10 quant-ph
Engineered Decoherence: Characterization and Suppression
由于无处不在的环境干扰，量子相干性不可避免地在一定的时间尺度上发生不可逆的变化，从而导致编码信息的丢失。这个过程被称为退相干，是实现高效量子信息处理器的主要障碍。理解退相干的机制对于开发抑制退相干的工具至关重要。在这里，我们利用Cory及其同事提出的方法[Phys.Rev.A67，062316（2003）]，通过随机扰动其周围的辅助量子比特来设计系统量子比特中的人工退相干。利用双量子比特核磁共振量子寄存器，我们用噪声谱和量子过程层析术表征了人工退相干。进一步，我们研究了动态解耦序列在抑制人工退相干方面的有效性。在这里，我们描述的实验结果和他们的比较与理论模拟。
2014-03-21 quant-ph
Deterministic and universal quantum squeezing gate in virtue of teleportation-like protocol
压缩变换作为一个重要的组成部分，为实现各种量子信息处理提供了可能。然而，迄今为止报道的具有最佳性能的压缩门是以低成功概率为代价的有条件实现，而确定性压缩门的性能目前受到非经典辅助的有限压缩度的限制。为了解决这个问题，我们提出并证明了一个新的方案，确定性和通用的量子压缩门的非局域操作归因于类传送协议的性质。我们证明了高保真压缩操作，即使当目标压缩的水平是高达10分贝，其中一个压缩态与非经典噪声减少6.5分贝直接观察。此外，我们进行了高保真复杂的操作，包括傅里叶变换和相位压缩门，探索的潜力，实现复杂的任务，量子信息处理与所提出的功能单元。我们的方法可以应用于分布式量子处理器、奇异非经典态的产生以及量子纠错。
2022-02-15 quant-ph
Contour-integral and Fourier transform based multivariable quantum eigenvalue transformation for commuting matrices
School of Mathematical Sciences, Peking University（北京大学数学科学学院）；Beijing International Center for Mathematical Research, Peking University（北京大学北京国际数学研究中心）
本文提出两种基于围道积分和高维傅里叶变换的量子算法，用于实现交换矩阵元组的多变量特征值变换，并分析复杂度及混合变体，证明多项式实现无需额外次数依赖。
2026-10-06 cs.NA math.NA quant-ph
Computer-inspired concept for high-dimensional multipartite quantum gates
如何以实验上可行的方式操纵和控制复杂的量子态是量子光学中的一个悬而未决的问题。在这里，我们提出的概念，高维多光子量子系统的转换。这些建议依赖于两个新的想法：（I）一种新的高维量子非破坏性测量，（II）在辅助状态下对整个量子变换进行编码和解码，以便在相关各方之间共享必要的量子信息。许多解决方案可以在世界各地的实验室中轻松执行，并在不久的将来确定实验研究的重要途径。这个概念是使用计算机算法Melvin设计计算机启发的量子实验发现的。这表明计算机算法可以激发科学中的新想法，这是一个广泛未开发的潜力。
2019-10-13 physics.optics quant-ph
Quantum Singular Value Transformation for Solving the Time-Dependent Maxwell's Equations
本文提出基于QSVT的量子算法求解含时麦克斯韦方程组，通过块编码与21次多项式近似在9比特电路上实现，模拟验证保真度超99.9%，同时指出硬件实现受限于量子态访问并需发展测量高效算法。
2025-07-17 quant-ph
Co-Designing Spectral Transformation Oracles with Hybrid Oscillator-Qubit Quantum Processors: From Algorithms to Compilation
Yale University（耶鲁大学）；University of California Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；IBM Quantum（IBM量子）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Yale Quantum Institute, Yale University（耶鲁大学量子研究所）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本文提出了一种基于混合振子-量子比特量子处理器的谱变换预言机设计方法，实现了高效编译连续谱函数，并展示了在量子自旋模型中准备本征态的应用。
2025-11-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Higher-order quantum thermodynamics: equilibrium and causal structure
Institute of Photonics and Quantum Sciences, School of Engineering and Physical Sciences, Heriot-Watt University（赫瑞-瓦特大学工程与物理科学学院光子与量子科学研究所）；School of Physics, Trinity College Dublin（都柏林三一学院物理学院）；Fakultät für Mathematik, Universität Wien（维也纳大学数学学院）；Department of Physics, University of Helsinki（赫尔辛基大学物理系）；HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利科学院维格纳物理研究中心）；Algorithmiq Ltd（Algorithmiq有限公司）；Mathematical Institute, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院数学研究所）；Center for Quantum Engineering, Research, and Education, TCG CREST（TCG CREST量子工程、研究与教育中心）；QICI Quantum Information and Computation Initiative, School of Computing and Data Science, The University of Hong Kong（香港大学计算与数据科学学院QICI量子信息与计算倡议）；Quantum Group, Department of Computer Science, University of Oxford（牛津大学计算机科学系量子组）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）
本研究将热力学平衡概念推广到高阶量子变换，证明完全平衡保持蕴含因果序，揭示平衡与因果结构的深层联系，并引入量子通道的类自由能量。
2026-09-15 quant-ph
Quantum singular value transformation and beyond: exponential improvements for quantum matrix arithmetics
量子计算是强大的，因为描述量子系统的时间演化的幺正算子在系统中存在的量子比特的数量方面具有指数大小。我们开发了一种新的“奇异值变换”算法，能够利用这种指数优势，可以将多项式变换应用于酉块的奇异值，推广了Low和Chuang的最佳Hamilton模拟结果。所提出的量子线路具有非常简单的结构，通常会产生最优算法，并具有吸引人的常数因子，而通常只使用常数数量的辅助量子比特。我们表明，奇异值变换导致新的算法。我们给出了一个有效的解决某种“非交换”的测量问题，并提出了一种新的奇异值估计方法。我们还展示了如何以指数级方式提高分数查询的复杂性，以酉有间隙的频谱。最后，作为一个量子机器学习应用程序，我们展示了如何有效地实现主成分回归。“奇异值变换”在概念上是简单而有效的，并导致了一个统一的量子算法框架，包括各种量子加速。我们通过展示它如何推广一些突出的量子算法来说明这一点，包括：最佳哈密顿模拟，实现具有指数精度的Moore-Penrose伪逆，定点振幅放大，鲁棒不经意振幅放大，快速QMA放大，快速量子OR引理，某些量子行走结果和几种量子机器学习算法。为了利用所提出的方法的优势，它是有用的，知道它的局限性太多，因此，我们还证明了一个下界的奇异值变换的效率，这往往会给出最佳的界限。
2018-06-05 cs.ET quant-ph
Gate Optimization of NEQR Quantum Circuits via PPRM Transformation
本研究通过将 NEQR 量子电路的 ESOP 表达式转换为 PPRM 等价形式，在不增加辅助量子比特的情况下有效压缩了量子电路，显著降低了指数和线性运行时复杂度。
2024-09-22 cs.ET quant-ph
On the simulation of quantum multimeters
本文提出并研究了量子多测量仪（一组测量）的模拟问题，通过引入保持平凡性的变换给出了多测量仪模拟的新定义，并在无量子辅助下刻画了相关变换，最后将其与三种现有模拟定义进行了比较。
2025-01-20 math-ph math.MP quant-ph
Invertible Quantum Operations and Perfect Encryption of Quantum States
在本文中，我们刻画了可逆量子操作的形式，即，完全正的迹保持线性变换（CPTP映射），其逆也是CPTP映射。这种映射的精确形式在自测试和加密等环境中变得非常重要。我们表明，这些地图对应于应用幺正变换的状态，以及一个附属初始化为一个固定的状态，这可能是混合的。可逆量子操作的特征意味着，使用经典密钥加密量子态的单向方案可能比Ambainis、Mosca、Tapp和de Wolf（FOCS 2000）研究的"私有量子信道“更一般一些。尽管如此，我们表明，他们的结果，最值得注意的是2n位的密钥加密n量子位的下限，以一种简单的方式扩展到一般情况。
2006-11-02 cs.CR cs.IT math.IT
