Heat-Bath Algorithmic Cooling with optimal thermalization strategies
热浴制冷是一套通过利用周围的热浴和幺正相互作用来产生高纯量子系统的技术。这些技术最初使用的热环境仅在环境温度下完全热化的Ancillas。在这里，我们通过优化热化策略来扩展HBAC协议。我们发现，任何$d$维系统在任意的初始状态，可证明的最佳冷却协议，令人惊讶的简单结构和指数收敛到基态。与标准方案相比，这些方案可以使用更少或不使用辅助装置，并利用记忆效应来增强冷却。我们验证了最优协议是鲁棒的各种偏离理想的情况。对于单个目标量子比特，最佳协议可以很好地近似为系统与单个热玻色子模式之间的Jaynes-Cummings相互作用，用于广泛的环境温度。这承认一个实验实施接近设置的微脉塞，与领先的建议在文献中的性能竞争。拟议的协议提供了一个实验设置，说明如何利用非马尔可夫性来改善冷却。在技术方面，我们1。介绍了一类新的状态称为最大活跃状态，并讨论了其热力学意义的最优酉控制，2。引入一组新的热力学过程，称为$β$ -置换，其访问足以模拟通用热化过程，3.展示了如何使用在热力学资源理论方法中开发的抽象工具箱来执行具有挑战性的优化，同时将其与开放量子系统动力学工具相结合，以在物理现实的设置中近似最优解。
2019-11-11 quant-ph
Deep thermalization in Gaussian continuous-variable quantum systems
研究多模连续变量量子系统的平衡动力学，发现从高度纠缠的复杂全局态出发，通过对剩余模式进行高斯测量诱导的系综会达到独立于测量基的普适形式，即位移呈正态各向同性分布的非压缩相干态，其方差仅取决于粒子数密度，此现象符合广义最大熵原理，并将“深度热化”概念推广至连续变量系统。
2024-12-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermalization from quenching in coupled oscillators
Bharata Mata College（巴拉塔玛塔学院）；Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
通过耦合振子的淬火协议实现量子谐振子的高效热化，提供精确解析解和数值解，适用于量子热力学实验和态制备。
2025-12-03 quant-ph
Random free fermions: An analytical example of eigenstate thermalization
本征态热化假说（ETH）的分析实例显然是有意义的，无论是从基本的还是应用的角度。这通常是一项艰巨的任务，因为人们认为非线性相互作用是热化机制的基本成分。在这篇文章中，我们证明了随机高斯自由费米子满足ETH在多粒子部门，通过分析计算的相关性和纠缠熵的理论。有了明确的结构，我们最后评论完全随机哈密顿量和随机高斯系统之间的差异，以及混沌能谱和ETH之间的联系。
2016-07-29 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Superadiabatic thermalization of a quantum oscillator by engineered dephasing
快速非绝热控制协议被称为绝热性的捷径，已经找到了大量的应用，但它们的使用严重限于加速孤立量子系统的动力学。我们介绍了开放量子过程的捷径，使非幺正过程中高斯态的快速控制成为可能。具体来说，我们提供的陷阱频率和失相强度，允许在有限的时间内准备一个任意的热态的时间调制。可以通过随机参数驱动或连续测量来进行实验性实施，在各种平台上都可以轻松访问。
2020-07-17 quant-ph
Optimal Thermalization under Indefinite Causal Order with Identical and Asymmetric Baths
Indian Institute of Technology Jammu（詹穆印度理工学院）
本文研究在量子SWITCH控制下，两能级系统与两个热浴相互作用的热化过程，推导有效逆温度的闭式表达式，并分析控制量子比特的相干性对加热或冷却效果的影响。
2026-05-22 quant-ph
Optimizing thermalizations
我们提出了一个严格的方法，连续thermomajorisation的概念的基础上，在算法上的量子系统的能量占领的全套访问从一个给定的初始状态，通过弱相互作用与热浴。该算法可用于解决复杂的优化问题，在不平衡的设置，它返回显式的基本控制序列实现最优变换。我们通过在冷却、工作提取和催化的背景下找到最佳协议来说明这一点。同样的工具也允许人们定量评估记忆效应在热力学协议性能中所起的作用。我们得到了详尽的解决方案，在笔记本电脑上的系统尺寸$d\leq 7$，但与启发式方法可以访问更高的$d$。
2022-08-05 quant-ph
Speeding up thermalization and quantum state preparation through engineered quantum collisions
本研究提出一种基于遗传算法优化的类碰撞模型方法，通过工程化量子比特或三能级辅助系统与单模腔场的依次相互作用，实现了无需时间依赖哈密顿量控制的快速热化与量子态（相干态、压缩态、非高斯态）制备，为腔态制备提供了介于最优控制与库工程之间的新方案。
2025-06-25 quant-ph
Random-Matrix Model for Thermalization
本文提出随机矩阵模型研究孤立量子系统的热化，证明在GOE和GUE系综中，可观测量期望值随时间趋向平衡值，且热化在时间上对称，并与本征态热化假说比较。
2022-11-22 quant-ph
Efficiency of quantum controlled non-Markovian thermalization
我们研究了在非马尔可夫耗散浴存在的情况下，优化量子系统向不动点的弛豫速率的最优控制策略。相反，天真的期望，表明记忆效应可能会被利用，以提高最优控制的有效性，非马尔可夫效应的影响，在一个非平凡的方式的最优策略：我们提出了一个必要条件，以满足，使最优控制的有效性得到加强，非马尔可夫受到适当的酉控制。为了说明，我们专门为单量子位振幅阻尼通道的动力学的情况下，我们的研究结果。这里提出的最优控制策略可用于实现量子技术中的最优冷却过程，并且在评估热微机器的效率时可能对量子热力学产生影响。
2015-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-particle eigenstate thermalization in quantum-chaotic quadratic Hamiltonians
研究了两种典型的量子混沌二次哈密顿量：二次Sachdev-Ye-Kitaev（SYK 2）模型和三维Anderson模型在局域化跃迁下的单粒子本征态的局域和非局域算符的矩阵元.我们表明，他们显示本征态热化归一化可观。具体来说，我们表明，对角矩阵元素表现出消失的本征态到本征态的波动，和方差成正比的逆希尔伯特空间维度。我们还证明了对角线和非对角线矩阵元素的方差之间的比率是$2$，如随机矩阵理论所预测的。我们研究了观测量的矩阵元素的分布，并确定它们不一定是高斯分布。我们确定了分布为高斯分布的可观察量类别。
2021-12-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermalization-Induced Entropy-Rate Representation of Internal Energy in a Damped Quantum Oscillator
School of Liberal Arts and Sciences, Korea National University of Transportation（韩国国立交通大學文理學院）
研究揭示开放量子系统中热力学状态函数结构的破坏，通过弛豫过程使动态不变量成为热力学坐标，推导出能量依赖熵变速率的表达式，扩展了热力学状态空间。
2026-09-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum thermalization achieves optimal approximate quantum error correction
Harvard University（哈佛大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
该研究利用量子热化与量子纠错的关联，将近似量子纠错框架拓展至热化研究，发现有限温度热化的编码结构达到熵量子单例界，确立了新的最优码族。
2026-09-04 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
The Magic Barrier: A Universal Feature of Quantum Thermalization
Universität Regensburg（雷根斯堡大学）；Ludwig Maximilian University of Munich（慕尼黑大学）
该研究证明，量子热化过程中存在以非稳定度瞬态最大值为特征的魔障，其与随机矩阵谱性质相关，且是量子混沌系统的普适特征，表明需用量子计算模拟遍历量子理论的热化。
2026-10-16 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Bypassing thermalization timescales in temperature estimation using prethermal probes
本研究提出预热化温度探针的测温新范式，利用准简并能级的长寿命准平衡态，在保持与平衡探针相近灵敏度的同时大幅缩短测温时间，有效热灵敏度更优，为快速测温提供新方向。
2023-11-09 quant-ph
Charging assisted by thermalization
如果系统-浴耦合很强，则与浴处于热平衡的系统通常将处于无热状态。在某些情况下，在将系统与浴断开之后，将有可能从该非热状态提取功。我们利用这一观察结果设计了一个电池充电和存储单元，简单地由一个系统组成，充当电池和一个浴缸。充电循环-连接、让热化、断开、提取功-需要很少的外部控制，并且作为全局热平衡的一部分，电池的充电状态可以无限期地免费保持。效率，定义为存储在电池中的可提取功与连接和断开所花费的总功的比率，总是$\leq 1$，这是热力学第二定律的表现。此外，耦合作为设备的资源，也是耗散的来源：每个充电周期的熵产生总是很大的，强烈限制了所有耦合强度机制的效率。我们表明，我们的一般结果也适用于一般微正则浴。我们说明了我们的理论上的Caldeira-Leggett模型与谐振子（电池）耦合到一个谐波浴，我们推导出一般的渐近公式在弱和超强耦合制度，任意欧姆谱密度。我们表明，可以通过将电池的几个副本连接到浴缸来提高效率。最后，作为一个副结果，我们推导出高斯各向异性的一般公式，即从多体连续变量系统的高斯态中通过高斯酉运算可提取的最大功。
2020-09-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal Gaussian measurements for phase estimation in single-mode Gaussian metrology
量子参数估计的核心问题是找出导致估计误差的最终下界的最佳测量设置。我们在这里解决一个问题，高斯测量方案是否可以实现在单模高斯计量，利用单模高斯探测状态在高斯环境中的相位估计的最终界限。我们确定了三种类型的最佳高斯测量设置产生最大的Fisher信息取决于位移，压缩，和热化的探针状态。结果表明，对于位移热探测态和压缩真空探测态，零差测量都达到了极限，而对于其他单模高斯探测态，优化的高斯测量虽然有时接近最优，但不是最优的.然后，我们证明了基于乘积正交算子XP+PX的测量，即，一个非高斯的测量，需要是完全最优的。
2019-01-30 quant-ph
Off-Diagonal Observable Elements from Random Matrix Theory: Distributions, Fluctuations, and Eigenstate Thermalization
本文从随机矩阵哈密顿量出发，推广了J.M. Deutsch [Phys.Rev.A43，2046（1991）]。我们通过一个随机高斯矩阵来近似子系统和多体环境之间的耦合。我们发现，在量子混沌系统的分析中，一个共同的假设，即治疗的本征态作为独立的随机向量，导致不一致的结果。然而，一个一致的方法ETH可以通过引入随机波函数之间的相互作用，作为正交性条件的结果而产生。这种方法导致一个一致的形式为非对角矩阵元素的可观测量。从那里，我们得到的缩放的时间平均波动与系统的大小，我们计算的逆参与比方面的分析形式。分析结果进行了比较，在多参数制度的不同的物理观测量的量子自旋链的精确对角化。
2018-09-25 cond-mat.stat-mech quant-ph
Eigenstate thermalization in dual-unitary quantum circuits: Asymptotics of spectral functions
本征态热化假设通过描述（准）能量本征基中典型算符矩阵元的统计性质，提供了迄今为止对孤立量子系统热化的最成功的描述。本文研究了双幺正量子线路中一类算符的矩阵元分布与相应本征态频率的关系。我们提供了谱函数的精确渐近表达式，即，这个频率分解分布的二阶矩。后者是从局部算子之间的动力学相关性的衰减中获得的，局部算子可以从对偶酉电路的基本构建块中精确计算。比较的渐近表达式与精确对角化的结果，我们发现极好的协议。在有限的系统大小的小波动显着相关的动态相关性在中间的时间和他们的渐近动力学的偏差。此外，我们确认预期的高斯分布的矩阵元素计算高的时刻数值。
2021-05-18 cond-mat.stat-mech hep-th nlin.CD
Low-Depth Quantum Metropolis Algorithm
我们构造了一个简单的量子版本的经典Metropolis算法来制备和观察量子热态。它诱导了一个混合量子热态的量子马尔可夫链和一个混合其可观察测量的经典马尔可夫链，并使低深度量子线路实现。量子相位估计的高斯滤波变体使得热化时间与温度的倒数和偏置误差的对数成比例。这与时间演化的热化时间相匹配，我们的算法表现良好。
2022-06-09 physics.comp-ph quant-ph
Thermalization in many-fermion quantum systems with one- plus random $k$-body interactions
本文研究了具有一体加随机 $k$ 体相互作用的多费米子系统的热化机制，利用 $q$-Hermite多项式获得态密度参数 $q$ 和强度函数方差的解析描述，并证实条件 $q$-正态分布能准确刻画热力学区域内的强度函数转变。
2023-02-25 cond-mat.stat-mech nlin.CD quant-ph
Area laws and thermalization from classical entropies in a Bose-Einstein condensate
该研究提出用经典熵结合k近邻方法分析多阱自旋-1玻色-爱因斯坦凝聚的猝灭后动力学，在小样本下观测到量子关联的面积定律与局部热化的体积定律转变，方法可推广至多类模型与实验平台。
2025-07-31 cond-mat.quant-gas quant-ph
A simple proof that Gaussian attacks are optimal among collective attacks against continuous-variable quantum key distribution with a Gaussian modulation
本文给出了一个简单的证明，证明了对高斯调制的连续变量量子密钥分发的最优集体攻击是高斯攻击。我们的证明利用了相空间中量子密钥分发协议的对称性。
2010-05-20 quant-ph
Dynamical phase transitions in quantum reservoir computing
封闭量子系统表现出不同的动力学机制，如多体局域化或热化，这决定了信息的传播和处理机制。在这里，我们解决量子水库计算，一个非常规的计算范式最近扩展到量子制度，利用动态系统来解决非线性和时间的任务，这些动态阶段的影响。我们建立的热阶段是自然适应量子水库计算的要求，并报告在热化过渡的研究任务的性能提高。揭示自旋网络最佳信息处理能力背后的物理机制对于未来的实验实现至关重要，并提供了一个新的视角。
2021-09-06 quant-ph
Spacing Statistics of Energy Spectra: Random Matrices, Black Hole Thermalization, and Echoes
AdS/CFT全息术的最新进展表明，黑洞的近视界动力学可以用随机矩阵系统来描述。我们研究了一个系统的能量谱与一个通用的随机哈密顿矩阵影响其早期和晚期的热化行为使用的频谱形状因子（捕获的时间依赖性的两点关联函数）。我们引入了一个简单的统计框架，用于生成随机光谱的能量本征值的最近邻间距统计，使我们能够计算平均频谱形状因子在一个封闭的形式。这有助于容易地说明频谱形状因子如何随着最近邻统计的不同选择而变化，所述最近邻统计的范围从泊松到维格纳表面统计。我们认为，它是可能有晚时间振荡的随机矩阵模型涉及$β$ -合奏（推广经典高斯合奏）。我们还研究了随机耦合振子系统的形状因子，并表明在弱耦合，这样的系统表现出规则的衰减振荡的频谱形状因子，使他们有趣的玩具模型引力波回波。我们推测的耦合振子系统的全息解释，并建议他们描述的热化行为的黑洞的几何形状与膜切断的几何形状在拉伸的地平线。
2022-04-09 gr-qc hep-th quant-ph
Optimal quantum algorithm for Gibbs state preparation
Inria, Télécom Paris - LTCI, Institut Polytechnique de Paris（法国国家信息与自动化研究所，巴黎电信学院-信息与通信实验室，巴黎理工学院）；Univ Lyon, ENS Lyon, UCBL, CNRS, Inria, LIP（里昂大学，里昂高等师范学院，里昂第一大学，法国国家科学研究中心，法国国家信息与自动化研究所，信息处理实验室）；Department of Mathematical Sciences, University of Copenhagen（哥本哈根大学数学科学系）；Instituto de Física Téorica UAM/CSIC（马德里自治大学/西班牙高等科学研究理事会理论物理研究所）
本研究提出了一种最优量子算法，证明在高温下量子系统可快速达到Gibbs态，并改进了高温配分函数的估算方法。
2026-02-10 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Discrimination of the binary coherent signal: Gaussian-operation limit and simple non-Gaussian near-optimal receivers
讨论了高斯运算和经典通信在量子态鉴别问题中的局限性。我们发现，最佳的高斯策略的二进制相移键控（BPSK）相干信号的歧视是一个简单的零差检测。我们还提出了实际的接近最佳的量子接收器，在信号功率的所有领域击败BPSK零差限制。我们的方案是简单的，不需要实时的电反馈。
2008-08-14 quant-ph
Optimal multicopy asymmetric Gaussian cloning of coherent states
研究了相干态的非对称高斯克隆，即从N个输入复制态中产生M个复制态，使得所有复制态的保真度不同。我们表明，最佳的非对称高斯克隆可以进行与一个单一的相位不敏感的放大器和分束器阵列。我们得到了一个简单的解析表达式表征的最佳非对称高斯克隆机。
2006-10-24 quant-ph
Lower Bounding the Secret Key Capacity of Bosonic Gaussian Channels via Optimal Gaussian Measurements
University of York（约克大学）
通过最优高斯测量确定玻色高斯信道秘密密钥容量的下界，优化了热损耗和热放大信道的协议并简化了性能评估。
2025-12-17 quant-ph
Cloning and Optimal Gaussian individual attacks for continuous-variable quantum key distribution using coherent states and reverse reconciliation
基于最优高斯$1 \to 2$克隆机，研究了利用相干态和反向协调的连续变量量子密钥分发（QKD）系统抵抗高斯个体攻击的安全性.我们提供了一个实现的最佳高斯个体攻击。我们还发现了一种Bell测量攻击，它不需要延迟测量的选择，并且比克隆攻击具有更好的性能。
2005-12-10 quant-ph
Optimality of Gaussian Attacks in Continuous Variable Quantum Cryptography
分析了连续变量系统中高斯调制量子密钥分发协议族的渐近安全性。我们证明了高斯酉攻击是最佳的所有考虑的关键率的界限时，所涉及的规范变量的第一和第二动量是已知的诚实的当事人。
2006-08-03 quant-ph
Optimal Gaussian $N$-to-$M$ cloning with linear optics and Gaussian cloning of known-phase coherent states
我们展示了如何实现最佳的高斯$N$到$M$克隆与线性光学和零差检测。利用线性光学和零差探测，用保真度$\sqrt \frac{2 M N}{2M N+M -N}$实现了已知相位相干态的高斯$N$到$M$克隆;利用正交压缩，用$\frac{2}{\sqrt{1+\frac{1}{N}}+\sqrt {1-\frac{1}{M}}}$实现了已知相位相干态的高斯$N$到$M$克隆。从克隆的经典极限（1-to- $\infty$克隆）出发，给出了利用已知相位相干态实现连续变量量子密钥分发的一个必要条件.
2006-09-22 quant-ph
Optimal Discrimination of Gaussian States by Gaussian Measurements
University of Nottingham（诺丁汉大学）；Scuola Normale Superiore（比萨高等师范学院）
本文研究了高斯测量在区分高斯态中的最优性，推导出基于协方差矩阵的条件以确定最优测量的存在，并展示了当条件不满足时区分度的差距。
2026-09-25 quant-ph
Quantum Mpemba Effect in Non-Equilibrium Quantum Thermometry
The University of Hong Kong（香港大学）
研究量子迈佩尔效应与量子热计的关系，证明最优热计初始态在非平衡情况下表现出高概率的量子迈佩尔效应并更快热化，揭示量子热力学与热计的基础联系。
2026-04-16 quant-ph
The optimal cloning of quantum coherent states is non-Gaussian
我们考虑了量子相干态的最优克隆，并将单克隆和联合保真度作为品质因数。这两个最佳的并行性获得相空间平移协变克隆。值得注意的是，联合保真度通过高斯克隆器最大化，而单克隆保真度可以通过非高斯操作增强：对称非高斯1到2克隆器可以实现约0.6826的单克隆保真度，明显高于高斯设置中的2/3的最佳保真度。这种最佳的克隆器可以实现的光学参量放大器的补充与非高斯双峰态的特定源的装置。最后，我们表明，最佳的1到无穷大的克隆，对应于一个测量和准备计划的单克隆保真度，不能超过1/2。这个值是通过高斯方案实现的，即使有补充的束缚纠缠态也不能超过。
2004-12-13 quant-ph
Optimal cloning of mixed Gaussian states
对于温度已知的谐振子的位移热平衡态族，构造了最优的1到2克隆变换。该变换是高斯变换，并且基于联合输出状态和范数距离的品质因数是最优的。该结果的证明是基于最优克隆问题与高斯态最优放大问题的等价性，然后将高斯态最优放大问题归结为量子振子对角态的优化问题。一个关键的概念，在寻找最佳的是，随机排序中起着类似的作用，在纯粹的经典问题的高斯克隆。然后将结果推广到混合高斯态的n到m克隆的情况。
2006-06-16 quant-ph
Optimal characterization of Gaussian channels using photon-number-resolving detectors
我们提出了最佳方案，基于光子数测量，高斯状态层析成像和高斯过程层析成像。$n$模式高斯态完全由$2 n^2+3n$参数指定.我们的计划需要确切的$2 n^2+3n$不同的光子数测量断层扫描的状态，因此是最佳的。此外，我们描述了一个最佳的方案，通过使用相干态探测和光子数测量来表征高斯过程。随着光子数测量实验技术的不断发展，我们希望我们的方案能够应用于各种量子信息处理协议，包括纠缠检测、量子计算、量子密钥分发和量子隐形传态。这项工作建立在Parthasarathy等人的作品上。迪门斯Anal.量子概率相对托普，18（4）：1550023，21，2015]。
2020-07-24 quant-ph
Optimal Distributed quantum sensing using Gaussian states
我们发现和调查的最佳方案的量子分布高斯传感估计的平均独立相移。我们表明，最终的灵敏度是可以实现的，通过使用纠缠对称高斯态，它可以产生使用单模压缩真空态，分束器网络，零差检测在没有光子损失的情况下，每个输出模式。有趣的是，对称高斯态的最大纠缠不是最佳的，尽管与使用乘积对称高斯态的情况相比，纠缠的存在是有利的。它还表明，当损失发生时，零差检测和其他类型的高斯测量竞争更好的灵敏度，这取决于损失量和探测状态的属性。它们都没有提供最终的灵敏度，这表明在有损情况下，非高斯测量是最优的。我们通过全面的分析研究得到的一般性结果将为量子分布式高斯传感的未来理论和实验研究提供重要的视角。
2020-03-07 quant-ph
Eigenstate thermalization for observables that break Hamiltonian symmetries and its counterpart in interacting integrable systems
我们研究了非对角矩阵元素的观测值，打破了平移对称的自旋链哈密顿量，并因此连接能量本征态从不同的总准动量部门。我们考虑量子混沌和相互作用的可积点的哈密顿量，并专注于平均能量的中心的频谱。在量子混沌模型中，我们发现存在本征态热化;具体地说，矩阵元素是高斯分布的，方差是$ω=E_α-E_β$的光滑函数（{ $E_α$ }是本征能量），尺度为$1/D$（$D$是希尔伯特空间维数）。在相互作用的可积模型中，我们发现矩阵元素呈现出一个偏对数正态分布，并有一个方差，这也是一个光滑的函数$ω$的规模为$1/D$。我们详细研究了矩阵元素方差的低频行为，以揭示它表现出扩散或弹道标度的制度。我们表明，在量子混沌模型的方差的行为是定性相似的矩阵元素，连接本征态从相同的准动量部门与不同的。我们还表明，这是不是在相互作用的可积模型的观测值，其conventionally不变的对应不打破可积性，如果作为一个扰动的哈密顿量。
2020-12-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Unconditional optimality of Gaussian attacks against continuous-variable QKD
提出了一种全面分析连续变量量子密钥分发（CV-QKD）安全性的通用方法。假设量子信道是通过正交矩阵的协方差矩阵估计的，高斯攻击被证明是最佳的对所有的窃听策略，包括集体和相干攻击。通过结合测量的物理模型、CV-QKD的基于纠缠的描述以及最近关于高斯态极值的强有力结果[Phys. Rev. Lett. 96，080502（2006）]。
2006-08-03 quant-ph
Optimality of Gaussian receivers for practical Gaussian distributed sensing
我们研究的问题，估计的函数的许多参数所获得的传感器分布在空间中，例如，场的空间梯度。我们限制自己的设置，分布式传感器的探测与实验实际的资源，即，在可分离的位移热状态的场模式，并专注于测量相移返回场模式的光接收器的优化设计。在这种情况下，我们证明了一个局部最优的测量策略，即，对于所有相移值实现标准量子极限的测量是高斯测量，而且是可分离的测量。我们还证明了自适应相位测量的效用，使估计性能鲁棒的情况下，其中一个未知参数的先验信息很少。在这种情况下，我们确定了一个制度，它是有益的，使用结构化的光接收器，纠缠接收到的模式之前测量。
2018-09-26 quant-ph
Optimal probe states for the estimation of Gaussian unitary channels
我们构造了一个实用的方法，找到最佳的高斯探测状态的高斯酉信道编码的参数估计。这种方法可以用来寻找所有的最佳探针状态，而不是集中在特定状态的性能，如在以前的研究。作为一个例子，我们应用这种方法来寻找最佳探针的通道相结合的压缩通道，并为广义双模压缩和模式混合的通道。该方法能够全面研究高斯参数估计中的温度效应。结果表明，提高探针温度可以提高单模态参数估计的精度。我们发现，不仅更高的温度，而且更大的温度差模式之间的高斯探测态可以提高估计精度。
2016-12-13 quant-ph
Gaussian Optimality of Energy-Constrained One-Shot Communication through Single-Mode Bosonic Gaussian Channels
The Affiliated Institute of ETRI（韩国电子通信研究院附属研究所）
该研究证明了带任意压缩热噪声的单模玻色高斯信道的能量受限单次Holevo容量具有高斯最优性，其结果可扩展至各类单模高斯信道，无需假设信道使用间的加性。
2026-09-09 quant-ph
Optimal measurements for quantum fidelity between Gaussian states and its relevance to quantum metrology
量子保真度是量化两个量子态接近程度的度量。在操作意义上，它被定义为测量结果的概率分布之间的最小重叠，并且在所有可能的正算子值测量（POVM）上取最小值。量子保真度已在各个科学领域进行了研究，但相关的最佳测量的识别往往被忽视，尽管它对实际目的非常重要。在这里，我们找到了多模高斯态之间的量子保真度的最佳POVM在一个封闭的解析形式。我们的一般发现指定为选定的单模高斯状态特别感兴趣，我们确定了三种类型的最佳测量：一个数字分辨检测，投影算子$\hat{x}\hat{p}+\hat{p}\hat{x}$的本征基，和正交检测，其中每一个被应用到不同类型的单模高斯状态。我们还显示了量子保真度和量子参数估计的最佳测量之间的等价性，使人们能够很容易地找到最佳的测量位移，相位，压缩和损失参数估计使用高斯状态。
2019-07-17 quant-ph
Optimal Gaussian Metrology for Generic Multimode Interferometric Circuit
当玻色子探针的平均数目固定时，给出了高斯量子精密测量中参数估计的极限精度的界。我们确定了最佳的输入探测状态之间的通用（一般混合）高斯状态与固定的平均探测光子数的参数估计包含在一个通用的多模干涉光学电路，即，一个被动的线性电路保持光子的总数。最佳高斯输入态实质上是单模压缩真空，最终的精度是通过对单模的零差测量来实现的。我们还揭示了最佳的估计策略时，我们得到$L$相同的目标电路，并允许应用被动线性控制之间的任意数量的辅助模式介绍。
2019-03-20 quant-ph
Optimal Gaussian Entanglement Swapping
我们考虑了一般混合双模高斯态的纠缠交换，并计算了广泛的一类这样的状态，包括那些状态最相关的通信场景中的最佳增益。我们证明了对于这类态，纠缠交换没有增加额外的混合度，即系综平均输出态与输入态具有相同的纯度。这意味着，通过使用中间纠缠交换步骤，原则上，与直接传输相比，可以分配更高纯度的纠缠双模高斯态。然后，我们将最佳高斯交换的一般结果应用于有损耗光纤上的量子通信问题，并证明，与文献中的负面结论相反，基于交换的方案实际上在高输入压缩下往往比直接传输表现得更好。然而，一个有效的传输分析表明，希望提高性能的基础上最佳高斯纠缠交换是虚假的，因为交换不会导致有效传输的增强。这意味着通常使用直接传输结合较少的压缩总是可以获得相同或更好的结果。
2010-11-05 quant-ph
Thermalization and possible quantum relaxation times in "classical" fluids: theory and experiment
材料系统中的量子效应通常在低能量下显著，在高温下变得不显著。我们发现，也许违反直觉，某些量子效应可能遵循相反的路线，并成为尖锐的外推到高温下的“经典”液相。在目前的工作中，我们建议基本的量子边界上的弛豫（和热化）时间，检查动力学理论考虑到这种可能的基本量子时间尺度，找到新的一般等式连接半经典动力学和热力学普朗克常数，并计算当前的关联函数。我们的分析表明，平均而言，一般液体的外推高温动力粘度可能倾向于由粒子数密度${\sf n}$和普朗克常数$h$的乘积设定的值。我们比较这个理论结果与实验测量的合奏23金属流体，这似乎确实是这样的。这些液体中的每一种的外推高温粘度$η$除以（对于每一种相应的流体，除以其${\sf n} h$的值），转向高斯，其总体平均值接近于1，直到误差大小为$0.6 \%$。本征态热化假说的启发下，我们建议之间的关系的最低平衡温度的熔融或液相线温度，并讨论了一个可能的推论有限温度的情况下，“理想玻璃”转变。我们建议一个一般的量子力学推导的粘度的玻璃在一般温度下。我们调用类似的想法来讨论其他输运性质，并演示如何简单的行为，包括电阻率饱和和线性$T$电阻率可能会出现非常自然。我们的方法表明，最小的时间滞后可能存在于流体动力学。
2015-09-07 cond-mat.stat-mech hep-ph hep-th
Artificially intelligent Maxwell's demon for optimal control of open quantum systems
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；University of Rochester（罗切斯特大学）；Chapman University（查普曼大学）；Microsoft Research AI4Science（微软研究院AI4Science）；Rice University（莱斯大学）；University of Pavia（帕维亚大学）；INFN - Sezione di Pavia（国家核物理研究所帕维亚分所）；Dahlem Center for Complex Quantum Systems（达勒姆复杂量子系统中心）
本文利用强化学习让智能体充当量子麦克斯韦妖，在开放量子比特系统中自动发现最优反馈控制策略，以平衡测量驱动冷却与测量效率，并在不同时间尺度机制下找到了优于直觉策略的新方案。
2024-08-27 cond-mat.mes-hall cs.LG quant-ph
Quantum resource localizability transitions in deep thermalization
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
研究量子资源约束如何影响深度热化，发现资源理论分为平滑局域化和阈值局域化两类，后者导致局域资源从无到有的尖锐转变，并揭示了零率量子纠错码中的新魔法转变。
2026-06-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Entanglement Structure of Non-Gaussian States and How to Measure It
本文提出一种仅需多项式标度关联函数测量即可约束量子态的新协议，通过系统纳入高阶关联扩展高斯态参数化，从而测量非高斯态纠缠结构，并以弱相互作用费米子验证其对早期热化和量子混沌起始的预测能力。
2025-09-18 cond-mat.quant-gas hep-lat quant-ph
Decay and recurrence of non-Gaussian correlations in a quantum many-body system
高斯模型为许多量子多体系统提供了极好的有效描述，从凝聚态系统一直到中子星。当相互作用较弱时，高斯态在平衡态是常见的。最近有人提出，他们也可以动态地出现从非高斯初始状态下的非相互作用的动力学演化。在这项工作中，我们提出了这样的高斯关联的量子多体系统中的动力学出现的实验观察。这种非平衡演化是通过突然关闭所观察到的集体自由度之间的有效相互作用而触发的，同时保持微观成分之间的相互作用不变。从高度非高斯相关性开始，与sine-Gordon模型一致，我们观察到高斯态随着时间的推移而出现，正如量子场中四阶和六阶连接相关性的衰减所揭示的那样。这种动力学的描述需要一种新的机制来产生高斯相关性，这与广泛的量子多体系统有关。在我们的封闭系统与非相互作用的有效自由度，我们不期望完全热化。这种记忆的初始状态被证实通过观察递归的非高斯相关。
2021-09-02 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Information Engines with Many-Body States attaining optimal Extractable Work with Quantum Control
我们介绍了从量子态和单个热库中提取功的量子信息引擎。它们可以在三种一般条件下运行：i/单一导向进化（US）; ii/不可逆热化（IT）和iii/等温弛豫（IR），因此被称为USITIR机器。它们包括没有传统反馈控制机制的新型发动机，以及包括它们的版本。给出了单量子比特态和双量子比特态的USITIR引擎的显式构造，并计算了它们的最大可提取功，这是最优的。当满足可控热可化性和密度矩阵可控性的概念时，可达到最优。然后，多体扩展的USITIR发动机进行了分析，并确定了最佳的工作提取的条件。当它们不满足时，我们通过新定义的不可控熵来衡量它们缺乏最优性，这些熵是针对一些选定的例子明确计算的。这包括可区分和不可区分粒子的情况。
2014-03-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Deep thermalization with and without quantum chaos
University of Chicago（芝加哥大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Simons Institute for the Theory of Computing, UC Berkeley（加州大学伯克利分校西蒙斯理论计算研究所）；Stanford University（斯坦福大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Joint Center for Quantum Information and Computer Science, University of Maryland（马里兰大学量子信息与计算机科学联合中心）
研究发现对量子态子系统测量结果的条件化可提升设计质量，以系统尺寸为代价；通过GUE哈密顿量演化的量子混沌态在常数时间投影可生成∞-设计，且改进了设计深度热化的先前结果。
2026-10-06 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Gaussian optimizers and other topics in quantum information
本论文的主要内容是证明量子高斯信道的两个基本熵不等式。量子高斯信道对电磁波在量子体系中通过光纤和自由空间的传播进行建模，并提供数学模型来确定用于通信和量子密钥分发的量子通信设备可实现的最大速率。本文证明的第一个不等式是量子熵幂不等式，它给出了分束器的输出熵或压缩熵的一个下界。第二个不等式指出，高斯态使单模量子高斯衰减器的输出熵在具有给定熵的所有输入态中最小化，这是量子通信理论中的一个长期猜想。将该不等式推广到多模衰减器将确定其三重折衷区域和其用于到两个接收器的广播通信的容量区域。本论文在高斯量子信息、量子统计力学和相对论量子信息等方面做了进一步的研究。其中最重要的结果涉及本征态热化假说（ETH）。ETH是量子统计力学中的一个假设，它指出如果我们只能访问系统，则系统+浴化合物的哈密顿量的本征态看起来是热态。我们证明，ETH必须持有，如果系统热化的任何初始产品状态的系统+浴化合物与一个明确定义的温度。
2017-10-25 math-ph math.MP quant-ph
