SurfBraid: A concept tool for preparing and resource estimating quantum circuits protected by the surface code
第一代量子计算机将执行容错的量子线路，而且这种线路很有可能使用表面量子纠错码。据我们所知，目前还没有针对此类电路的完整设计自动化工具。这在很大程度上是因为这样的电路具有三维布局（例如，二维硬件和作为第三维的时间轴），并且它们的优化仍在进行中的研究。这项工作介绍了SurfBraid，表面代码保护的量子线路的自动设计工具-它包括一个完整的工作流程，将任意量子电路编译成中间Clifford+T等效表示，进一步合成和优化表面码保护的结构（目前，编织缺陷）。SurfBraid可以说是第一个灵活的（模块化结构，可通过用户提供的脚本扩展）和交互式（基于用户交互自动更新结果，基于浏览器）工具，用于此类电路。原型的方法新颖之一是它的能力，自动估计执行大型容错电路所需的资源。原型实现和相应的源代码可在https://alexandrupaler.github.io/quantjs/上获得。
2019-02-06 cs.ET quant-ph
Symmetry protected topological order as a requirement for measurement-based quantum gate teleportation
本文通过构造两族一维量子比特态，证明对称保护拓扑序既非基于测量的量子门传送的充分条件，也非必要条件。
2024-01-05 quant-ph
Implementation of hybridly protected quantum gates
基于一个简单的实验可实现的自旋模型，结合完整性、动力学解耦方法和无相移特性的优点，我们探索了混合保护量子操作的实现.量子操作的实现可以在不同的物理系统中实现，并具有可控的参数。因此，受保护的量子操作是可控的，非常适合于解决各种量子计算任务，例如执行量子纠错码或量子纠错。我们的方案是基于实验上可实现的哈密顿量，减少了计算资源的要求，因此，它使我们更接近实现受保护的量子操作，以解决近期量子设备中的量子计算任务。
2021-05-11 quant-ph
Error protected qubits in a silicon photonic chip
原则上，通用量子计算机可以纠缠许多有噪声的物理量子比特，以实现防止错误的复合量子比特。基于测量的量子计算体系结构本质上支持错误保护量子比特，是构建全光子量子计算机的最可行方法。在这里，我们提出并展示了一个集成的硅光子架构，既纠缠多个光子，并编码多个物理量子位的单个光子，以产生错误保护量子位。我们实现了可重构的图形状态，比较了几种方案与纠错编码，并实现了一系列的量子信息处理任务。我们观察到的成功率从62.5%增加到95.8%时，运行相位估计算法没有和错误保护，分别。最后，我们实现超图状态，这是一个广义的一类资源状态，提供保护，防止相关的错误。我们的研究结果表明，如何量子纠错编码可以实现与资源有效的光子架构，以提高量子算法的性能。
2020-09-17 physics.optics quant-ph
Hybrid ququart-encoded quantum cryptography protected by Kochen-Specker contextuality
基于互补性的量子密码协议对于利用经典资源模仿互补性的攻击是不安全的。Kochen-Specker（KS）定理提供了对这些攻击的保护，而不需要纠缠或空间分离的复合系统。我们分析了最大容许噪声，以保证对这些攻击的KS保护的密码方案的安全性，并描述了该方案的光子实现使用混合quququarts定义的偏振和轨道角动量的单光子。
2011-09-12 quant-ph
Thermodynamic utility of Non-Markovianity from the perspective of resource interconversion
我们建立了各种量子操作的非马尔可夫性和负熵产生率之间的联系。我们结合纯度和热力学的资源理论分析了单位操作和热操作的几个方面。我们充分刻画Lindblad算子对应的酉运算。我们还描述了Lindblad动力学的一大类热操作。接下来，我们推广了非平衡情况下的熵产生率的定义，将其与系统自由能的变化率联系起来，并建立了非马尔可夫性和最大自由能损失之间的互补关系。我们自然地得出结论，在相应的允许操作下，可除性破缺方面的非马尔可夫性是其他资源（如纯度或自由能）回流的必要资源。
2019-04-26 quant-ph
Quantum Communication and Mixed-State Order in Decohered Symmetry-Protected Topological States
本文研究退相干 SPT 态的量子信息传输能力，提出对称解耦通道，并借助奇异关联函数、相干量子信息及解码问题刻画混合态中的多体序保护。
2024-05-09 cond-mat.str-el quant-ph
Redundant string symmetry-based error correction: Demonstrations on quantum devices
本文提出一种利用资源态冗余非局域对称性的量子纠错方法，通过扩展一维簇态对称性构建图态，在量子硬件上有效抵御了 ZZ 串扰错误，恢复了完美的隐形传态保真度。
2024-07-31 cond-mat.str-el quant-ph
Symmetric Finite-Time Preparation of Cluster States via Quantum Pumps
最近已经确定，类簇状态-与簇状态处于相同的安全保护拓扑阶段的状态-提供了一系列可用于基于测量的量子计算的资源状态。在这项工作中，我们问是否有可能在有限的时间内准备集群状的状态，而不破坏对称性保护的资源状态。这样一个安全性保护协议将受益于拓扑保护的准备中的错误。我们回答这个问题的积极提供一个更高的维度，其有限时间的演化是一个单一的行为平凡的散装，但泵所需的集群状态的边界的哈密顿量。例子给出了由一个全球性的对称性保护的1D集群状态，和各种2D集群状态保护的子系统对称性。我们表明，即使不必要的对称扰动存在于驱动哈密顿量，投影测量的散装随着前馈校正是足够的恢复集群状的状态。
2022-08-22 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum computational advantage with string order parameters of 1D symmetry-protected topological order
具有有利量子策略的非定域博弈可以说是量子资源相对于经典资源的力量的最基本的证明。最近，某些多人推广的非局部游戏已被用来证明无条件分离之间的小计算复杂性类的浅深度电路。在这里，我们展示了这些非局部游戏的通用基态的一维的拓扑保护订单（SPTO）的有利策略，当一个离散的不变量的SPTO称为扭曲相位是非平凡的和-1。我们的建设表明，足够大的字符串序参量，这样的SPTO的指示全局约束的相关性，无条件的计算分离。
2021-07-29 quant-ph
Molecular Vibronic Complexity as a Quantum Resource for Optimal Control: Nonadiabatic Mixing Creates Protected Coherence Subspaces in Dissipative Environments
Theoretical and Computational Chemistry Institute, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学理论与计算化学研究所）
该研究利用GRAPE结合Redfield动力学，发现分子振动电子结构可产生受环境保护的相干子空间，通过最优控制可大幅提升长寿命电子相干性，为分子量子信息科学提供了资源基础。
2026-10-14 physics.chem-ph quant-ph
Computational Power of Symmetry-Protected Topological Phases
我们考虑了量子自旋链的基态，这些自旋链具有保序拓扑（SPT）序，可以作为基于测量的量子计算（MBQC）的资源。我们表明，对于广泛的SPT阶段，基态的计算能力是均匀的，在整个每个阶段。这种计算能力，定义为MBQC中可执行门的李群，由标记SPT阶段本身的相同代数信息确定。我们证明，这些李群总是包含一套完整的单量子比特门，从而肯定了长期存在的猜想，一般的SPT阶段可以作为计算有用的物质阶段。
2017-07-06 quant-ph
Coherence-protected nonadiabatic geometric quantum computation
由于采用了几何相位，非绝热几何门对控制误差具有鲁棒性。另一方面，退相干仍然影响非绝热几何门，这是降低其结晶度的关键因素。本文证明了在实现非绝热几何门的系统哈密顿量的基础上，可以构造一个新的系统哈密顿量，它既保持了非绝热几何门的几何特征，又保护了系统的相干性。结果表明，利用新的系统哈密顿量实现了相干保护的非绝热几何门，该门对控制误差和退相干都具有鲁棒性。我们进一步实现我们的计划与氮空位中心，并表明，一套通用的相干保护非绝热几何门可以实现。我们的方案不需要辅助系统或逻辑量子比特与物理量子比特的编码，这节省了实现的资源。由于对控制误差和退相干的鲁棒性，我们的方案提供了一个有前途的方法来实现高保真量子门。
2022-05-05 quant-ph
Counter-intuitive yet efficient regimes for measurement based quantum computation on symmetry protected spin chains
本研究探讨SPT相中密集排列对称性破坏测量的计算机制，证明在合理物理假设下该模式不仅可行，且是资源效率最高的方案。
2023-07-18 quant-ph
Quantum simulation of topologically protected states using directionally unbiased linear-optical multiports
结果表明，量子行走一维阵列的特殊线性光学单元允许模拟离散时间哈密顿系统具有不同的拓扑相位。特别是，一个稍微修改的版本的苏-Schrieffer-Heeger（SSH）系统可以模拟，表现出非零缠绕数的状态，并具有拓扑保护的边界状态。在大系统的限制，这种方法使用二次方更少的资源进行量子模拟比以前的线性光学方法，可以很容易地推广到高维系统。实现这种模拟的基本光学单元由允许光子反转方向的光学多端口组合组成。
2017-07-31 physics.optics quant-ph
Qudit quantum computation on matrix product states with global symmetry
为基于测量的通用单量子点量子计算确定了包含非平凡保序拓扑序的资源态。我们的资源状态分为两类：一类是1D量子比特簇状态的量子比特推广，另一类是自旋1的Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki（AKLT）状态的更高对称性推广，即具有酉，正交或辛对称性。簇态的对称性保护了信息传播（身份门），而AKLT型态的更高对称性使非平凡门计算成为可能。这项工作证明了基于测量的量子计算和安全保护的拓扑序之间的密切联系。
2017-03-15 quant-ph
Quantum State Discrimination as Bayesian Experimental Design
我们表明，量子态歧视整齐地坐在贝叶斯实验设计的框架。在这种情况下，量子态鉴别的两个主要分支（最小误差和最大置信度）简单地对应于两个不同的效用函数。这种观点允许简单的扩展和混合不同的歧视任务，通过检查的效用函数，并描述多目标的歧视任务。此外，成功概率和总置信度是量化测量有用性的资源单调性。给出了量子测量资源理论中效用函数导致资源单调性的一般条件。
2020-06-28 quant-ph
Quantum computation on the edge of a symmetry-protected topological order
我们通过测量带隙基态的相关性来阐述量子计算的思想，同时利用体哈密顿量来稳定资源。一个简单的计算原语，通过拉出一个单一的自旋从散装随后的测量，示出了使任何基态的一维各向同性的Haldom相位有用无处不在的量子逻辑线。原始是兼容的某些离散对称性，保护这种拓扑秩序，和反铁磁海森堡自旋1有限链是实际可用的。我们的方法体现了全息原理，因为通用量子计算机的逻辑信息可以在边缘状态（即，边界），即使在基态及其演化无法精确分析的情况下，也能得到来自体块的持续纠缠的支持。
2010-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Two-qubit quantum Fourier transform and entanglement protected by circulant symmetry
提出了一种利用具有循环对称性的哈密顿量实现两量子比特量子傅里叶变换的方法。重要的是，循环矩阵的特征向量是傅立叶模式，只要保持循环对称性，就不依赖于哈密顿元素的大小。QFT实现依赖于从每个自旋乘积态到相应的量子傅立叶叠加态的绝热跃迁。我们表明，在离子阱中，可以得到一个具有循环对称性的哈密顿量，通过调整被困离子之间的自旋-自旋相互作用。我们提出的数值结果表明，非常高保真度，可以获得现实的实验资源。我们还描述了如何使用“捷径绝热”字段可以加速门。
2020-01-27 quant-ph
Applications and resource estimates for open system simulation on a quantum computer
本文提出两个开放系统量子模拟应用，通过优化算法降低运行时间，并引入基准测试，展示了量子计算在科学和工业材料研究中的实用价值。
2024-12-18 quant-ph
Non-invertible symmetry-protected topological order in a group-based cluster state
本文引入一类基于群构造的团簇态，证明其具有非可逆对称性保护的拓扑序，并探讨其作为测量式量子计算通用资源的潜力。
2025-06-18 cond-mat.str-el hep-th quant-ph
A cloned qutrit and its utility in information processing tasks
在本文中，我们分析了一个通用的量子克隆机的输出作为一个资源的信息处理任务，如隐形传态和密集编码的功效。为此，我们考虑了$3\otimes 3$维系统（或qutrit系统）。输出状态被发现是NPT状态的某些范围内的机器参数。利用输出态作为纠缠资源，我们还研究了量子隐形传态的最优量子效率和密集编码协议的容量与机器参数的关系，并得到了一些有趣的观察结果。我们的工作主要是出于这样一个事实，即克隆输出可以被用作量子信息处理的资源，并增加了一个有价值的维度克隆机的应用。
2016-04-19 quant-ph
Quantum Network Utility Maximization
网络效用最大化（NUM）是一个数学框架，它为研究人员提供了设计和分析经典通信协议的强大方法。NUM还使得能够开发用于解决资源分配问题的分布式算法，同时提供某些保证，例如，对网络用户的公平对待。在这里，我们将NUM的概念扩展到量子网络，并提出了三个量子效用函数-每个函数都包含不同的纠缠度量。我们的目标是了解量子用户可能感知效用的一些方式，以及探索在分布式量子系统中同时为多个用户提供服务的结构化和理论上的方法。使用我们的量子NUM结构，我们为使用单光子方案进行纠缠生成的网络开发了一个优化框架，这使我们能够解决资源分配问题，同时探索我们考虑的网络拓扑结构中的速率-保真度权衡。我们了解到，我们的两个效用函数，这是基于纠缠和秘密密钥分数，是在密切的协议，彼此和产生类似的解决方案，我们研究的优化问题。我们的第三个效用，基于纠缠负性，具有更有利的数学特性，并且倾向于对用户接收纠缠资源的速率赋予更高的价值，与前两个效用相比，这两个效用更强调端到端的保真度。因此，这些对比行为提供了关于量子网络效用定义对不同量子应用的适用性的想法。
2022-10-14 cs.PF quant-ph
Symmetry-protected many-body Ramsey spectroscopy: precision scaling and robustness
本文提出对称性保护的破坏性多体拉姆齐干涉测量，利用自旋猫态和匹配对称性，使测量精度接近海森堡极限，并系统分析其对噪声和实验不完美性的鲁棒性。
2025-09-10 quant-ph
Piggybacking on Quantum Streams
本文表明，它是可能的捎带经典信息的量子纠错码保护的量子比特流。可以通过引入对应于受控的校正子序列的故意错误来创建捎带信道。这些症状进一步保护，当量子噪声存在时，根据性能延迟权衡的经典纠错码。因此，经典信息可以在任意时期添加和提取，而无需消耗额外的量子资源，也不会干扰量子流。
2020-05-25 quant-ph
Quantum utility routing in continuous-variable QKD networks with trusted and untrusted relays
Lahore University of Management Sciences（拉合尔管理科学大学）
本文提出量子效用路由（QUR）框架，将有限尺寸密钥速率直接纳入路由搜索，平衡瓶颈SKR与资源使用，在CV-QKD网络中实现密码性能与资源消耗的可配置权衡。
2026-10-05 quant-ph
Realization of decoherence-induced averaged symmetry-protected topological phases on quantum processors
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Eastern Institute of Technology, Ningbo（宁波东方理工大学）
本工作在可编程量子处理器上实现了退相干诱导的平均对称保护拓扑序，通过辅助量子比特设计子晶格选择性退相干，观测到对称荷衰减和Renyi-2弦关联函数非平凡，确立了结构化退相干作为工程混合态拓扑物质的资源。
2026-09-09 quant-ph
Disorder-Protected Quantum State Transmission through Helical Coupled-Resonator Waveguides
我们预测通过螺旋耦合谐振腔光波导（H-CROW）传播的光子的时间不变性的保存。H-CROW表现出赝自旋动量锁定色散，我们发现抑制现场无序诱导的背散射和群速度波动。我们数值模拟的双光子波包的传播，表明他们表现出几乎完美的Hong-Ou-Mandel倾角的可见性，然后可以保持其量子相干性，即使在存在中度的无序，相比之下，规则的CROW是高度敏感的无序。由于不可压缩性是量子信息处理的最基本资源，因此H-CROW可以在新兴的量子光子通信和计算平台中实现鲁棒的光链路和延迟线。
2020-06-08 cond-mat.dis-nn physics.optics quant-ph
The Kerr-Cat Qubit: Stabilization, Readout, and Gates
宏观上不同的经典态的量子叠加，即所谓的薛定谔猫态，是量子精密测量、量子通信和量子计算的一种资源。特别是，振荡器中两个相反相位相干态的叠加编码了一个防止相位翻转错误的量子比特。然而，为了使这一概念成为编码和操纵错误保护量子信息的实用方法，必须克服几个挑战。必须通过稳定这些高度激发态来维持保护，同时，系统必须与编码量子位上的快速门和编码信息的量子非破坏性读出兼容。在这里，我们实验证明了一种新的方法，用于产生和稳定的薛定谔猫态的基础上克尔非线性和单模压缩在超导微波谐振腔之间的相互作用。我们表明，在横向弛豫时间的稳定，错误保护量子比特的单光子Fock态编码的增加超过一个数量级。我们在时间尺度上执行所有单量子位门操作，速度比最短相干时间快60倍以上，并在稳定条件下演示了受保护量子位的单次读出。我们的研究结果展示了快速量子控制与稳定宏观态固有的误差鲁棒性的结合，并开辟了使用这些状态作为量子信息处理资源的可能性。
2020-08-18 quant-ph
Quantum teleportation implies symmetry-protected topological order
本文证明了一类依赖测量结果线性函数的泡利算子的标准量子隐形传态协议，必然要求制备具有特定阿贝尔保护对称性的SPT序资源态，揭示了SPT序与隐形传态的充要关系。
2024-10-10 cond-mat.str-el math-ph math.MP
Cat-Code-Protected Controlled Quantum Communication via Non-Local CNOT Gates over Star Quantum Networks
Indian Institute of Science, Bengaluru, India（印度科学学院）；Centre for Development of Advanced Computing (C-DAC), Chennai, India（高级计算发展中心）
该研究提出结合猫态编码与非局域CNOT门的受控量子通信协议，通过密度矩阵模拟证明在50公里距离上显著提升保真度，并验证了抗分束器攻击的安全性，为长距离星型量子网络上的纠错受控通信奠定理论基础。
2026-09-09 quant-ph
Generating Symmetry-Protected Long-Range Entanglement in Many-Body Systems
本文提出一种基于对称性的脉冲驱动方法，可高效制备多体系统中的最大长程纠缠，并演示了在量子比特阵列上生成任意数量稳定非局域贝尔对及排斥性哈伯德模型中超导η对的可行性。
2022-01-25 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Electronically-controlled one- and two-qubit gates for transmon quasicharge qubits
University of Queensland（昆士兰大学）；University of Sydney（悉尼大学）；Concordia University（康考迪亚大学）
本研究提出利用拓扑超导体形成的隧道结实现单量子比特和双量子比特门，通过动态4π周期约瑟夫森效应，展示了一种基于最小Kitaev链量子点结的准电荷量子比特门实现策略。
2026-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
A Framework for Distributed Resource Allocation in Quantum Networks
Binghamton University（宾汉姆顿大学）；University of Massachusetts, Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本文提出一个基于反馈的分布式资源分配框架，通过QNUM模型和QPrimal-Dual算法，实现量子网络中的去中心化控制，证明稳定性并显著优于基线策略。
2025-10-10 cs.PF quant-ph
