Classical Artificial Neural Network Training Using Quantum Walks as a Search Procedure
本文提出了一种应用量子算法来训练经典人工神经网络的计算方法。该过程的目标是应用量子行走作为一种搜索算法，在一个完整的图中找到所有的神经网络的突触权重。该完整图的每个顶点表示$w$维搜索空间中的可能突触权重集，其中$w$是神经网络的权重数。了解\textit{a priori}获得解所需的迭代次数是该过程的主要优点之一。另一个优点是所提出的方法不会停滞在局部最小值。因此，可以使用量子行走搜索过程作为反向传播算法的替代。所提出的方法被用于一个$XOR$问题来证明所提出的概念。为了解决这个问题，该方法训练了一个经典的人工神经网络与九个权重。然而，该过程可以为任何数量的维度找到解决方案。所取得的结果证明了该方案的可行性，有助于机器学习和量子计算的研究。
2021-09-02 quant-ph
Dirac quantum walks with conserved angular momentum
用量子漫步（QW）方法模拟了平坦的$(1 + 2)$ D Dirac方程在一个空间极坐标网格上。由于费米子是用旋量来表示的，旋量并不构成旋转群的表示，而是它的双覆盖，所以量子阱只能在极角从$0$延伸到$4 π$的扩展时空上全局定义。量子阱与任意电磁场的耦合。最后，我们计算了狄拉克方程的柱面相对论朗道能级。是显式计算和模拟的量子阱。
2020-07-19 quant-ph
Breakdown of an Electric-Field Driven System: a Mapping to a Quantum Walk
通过将Landau-Zener跃迁动力学映射为具有反射边界的半无限一维晶格上的量子行走，研究了强电场驱动下电子系统的量子输运性质，其中晶格的位置对应于能级，边界对应于基态.量子干涉诱导的分布局限于周围的基态，当电场被加强，离域跃迁发生描述原来的电子系统的击穿。
2005-03-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum walk on a graph of spins: magnetism and entanglement
我们介绍了一个模型的量子行走图中，一个粒子之间的相邻节点和相互作用的独立自旋坐在边缘。纠缠随步行者传播。我们将这个模型应用到一维晶格中，研究了它的磁性和纠缠特性。在连续极限下，我们得到了描述自旋进动的Landau-Lifshitz方程。一个丰富的动态观察，与制度的粒子传播和本地化，连同自旋振荡和放松。渐近态的纠缠对于大多数参数（硬币旋转角度和粒子自旋耦合）遵循体积定律。
2020-06-26 quant-ph
On the physical realizability of quantum stochastic walks
量子漫步是一个很有前途的框架，可以用来理解和实现量子信息处理任务。量子随机游走是最近发展起来的一个框架，它通过量子系统的开放系统演化，将量子游走的概念与经典随机游走的概念结合起来。量子随机游走已经被证明在人工智能等广泛领域有应用。然而，在物理实验中可以实现的开放系统演化的种类上存在显著的限制。在这项工作中，我们讨论了允许的开放系统演化的限制，以及支撑它们的物理假设。我们表明，一般的实施将需要完整的解决方案的基础单一的动态，和复杂的油藏工程，从而削弱了实验研究的好处。
2016-03-11 quant-ph
Hilbert-space selected switch of helical edges in an artificial quantum Hall insulator
Shanxi University（山西大学）；Liaoning Academy of Materials（辽宁省材料研究院）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；Southeast University（东南大学）；Fudan University（复旦大学）
本研究通过CrOCl与扭转双层石墨烯间的界面电荷转移，实现了人工量子霍尔绝缘体中螺旋边缘通道的希尔伯特空间选择性开关，为波函数选择性控制边缘模式提供了新途径。
2026-09-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Occupation time for classical and quantum walks
这是在兰斯·利特尔约翰（Lance Littlejohn）70岁生日之际向他个人致敬。这是送给他多年友谊的礼物。它不是写在“萨茨-Beweis”风格的埃德蒙道，甚至在格式的一个标准的数学论文。这是一个相当新的，基本上未被探索的主题的邀请，希望兰斯会在某个下午阅读并享受它，如果他关心完整的证明，他将不得不等待更长的时间;我们几乎有他们，但没有时间为这卷。我们希望这些数字能让他和其他读者相信，这里展示的现象足够有趣。
2020-12-14 math-ph math.MP quant-ph
Quantum Simulation of a Quantum Stochastic Walk
量子行走的研究已被证明在人工智能、生物过程研究和量子传输等领域有广泛的应用。量子随机行走，它允许步行者的非相干运动，因此，方向性，是对完全相干量子行走的推广。虽然量子随机游走总是可以用Lindblad形式描述，但这并不意味着它可以在Born-Markov近似下的标准弱耦合极限中微观推导出来。这限制了可以通过实验以简单的方式实现的量子随机行走的类别。为了规避这一限制，我们引入了一种技术，在一个完全相干的量子计算机上模拟开放系统的演化，使用量子轨迹风格的方法。我们将这种技术应用于广泛的一类量子随机行走，并表明它们可以用最少的实验资源进行模拟。我们的工作开辟了一条道路，走向实验实现量子随机行走在大型图与现有的量子技术。
2016-06-26 quant-ph
Quantum Simulation of a Discrete-Time Quantum Stochastic Walk
量子行走已经被证明具有广泛的应用，从人工智能到光合作用和量子运输。量子随机游动（QSW）将这个概念推广到额外的非幺正演化。在本文中，我们提出了一个基于量子力学的量子模拟协议，以有效地实现一个量子器件中的离散时间QSW族。在推导出一个2-顶点图的单边协议后，我们展示了我们的协议如何推广到一个具有任意拓扑结构和连通性的图。简单的推广导致协议简单地扩展到复杂的图形。最后，我们将展示如何模拟一个有限的类的连续时间量子阱的离散时间量子阱，以及如何这是服从我们的离散时间量子阱的模拟协议。
2020-04-13 quant-ph
Landau-Zener-Stückelberg Interference of Microwave Dressed States of a Superconducting Phase Qubit
我们首次观测到超导相位量子比特与微波场相互作用产生的修饰态的Landau-Zener-Stückelberg（LZS）干涉。LZS干涉条纹对各种外部参数和量子比特初始状态的依赖性与理论预测在定量上非常一致。这种修饰态之间的LZS干涉使我们能够轻松地控制四体固态系统的量子态，证明了用这种独特方法实现高效的多体量子逻辑门的可行性。
2011-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Landau-Zener-Stuckelberg interferometry in multilevel superconducting flux qubit
Landau-Zener-Stuckelberg干涉术在量子二能级系统中得到了广泛的研究，特别是在超导磁通量子比特等人工系统中。随着驱动场振幅的增加，更多的能级参与量子演化，导致粒子数反转和许多有趣的干涉图样。这些干涉图样可以用于获得表征系统的参数和探测量子比特的退相机制。最近，实验已经扩展到具有更高频率和更大幅度的驱动场的区域，其中干涉图案表现出更复杂的特性。在这篇文章中，我们给出了一个普遍的描述在低频和高频制度中观察到的特性。除了解释已经观察到的实验结果外，我们的理论模型预测了许多有趣的现象，这些现象可以通过未来的实验来证明。
2010-03-10 quant-ph
Surface waves and bulk Ruderman mode of a bosonic superfluid vortex crystal in the lowest Landau level
本文确定并分析了在人工磁场中可压缩玻色超流体中形成的有限圆盘形二维涡旋晶体的集体简正模。利用微观Gross-Pitaevskii理论，在最低朗道能级近似下，生成了涡旋晶体的基态，并求解了小振幅集体振荡的Bogoliubov-de Gennes方程。我们发现手征表面波传播的频率大于散装Tkachenko模式。此外，我们研究了低频散装激发，并确定了扭转Ruderman模式，我们发现这是很好地描述了先前开发的低能量有效场论。
2022-10-20 cond-mat.quant-gas nlin.PS physics.atom-ph
Shannon Entropy and Diffusion Coeffcient in Parity-Time Symmetric Quantum Walks
非厄米拓扑边态有许多有趣的性质，但到目前为止主要是在体边界对应方面进行讨论。在这里，我们建议使用大量的性质的扩散系数探测的拓扑状态，并探索其动力学。扩散系数显示独特的功能与拓扑相变驱动的宇称时间（PT）对称的非厄米离散时间量子行走，以及厄米的，尽管人工边界不是由非均匀量子行走。对于厄米特系统，当系统接近拓扑相变时，扩散系数出现转折和突变，而在平凡拓扑态下保持稳定。对于非厄米系统，除了与拓扑转变相关的特征外，PT对称破缺相的扩散系数表现出具有峰结构的突变。此外，香农熵的量子行走被发现表现出直接相关的扩散系数。数值结果为研究非厄米量子行走系统的拓扑态开辟了一条新的途径。
2022-01-24 quant-ph
Cavity quantum electrodynamics with dressed states of a superconducting artificial atom
实验研究了人工原子与两个近距离共振模耦合的微波响应。当原子受到其中一种模式的欠驱动时，原子态和模式光子叠加，形成缀饰态。从腔量子电动力学的角度出发，通过与另一个共振模的强耦合，制备了原子的第一、第二和第三激发态的缀饰态，并对其进行了探测。探测音的传输受驱动微波振幅的调制，显示了与原子间能级跃迁相关的多光子过程。我们的系统提供了一个简单的方法来研究的修饰状态，通过驱动一个模式和探测的Landau-Zener转变的其他。
2019-06-16 physics.optics quant-ph
Electrically tunable artificial gauge potential for polaritons
受人工规范势支配的中性粒子可以在磁场中表现为带电粒子。这个迷人的前提导致了单向波导，拓扑保护边缘状态和光子朗道能级的演示。在超冷中性原子中，有效规范场允许模拟强磁场下的物质，从而实现了Harper-Hofstadter和Haldman模型。在这里，我们表明，垂直电场和磁场的应用效果的二维微腔激子极化激元的可调人工规范位。为了验证，我们进行相干极化激元输运过程中积累的相关相位的干涉测量。由于规范势起源于磁电斯塔克效应，因此它可以在任何可极化介质中对与激发态强耦合的光子实现。人工规范场与强极化激元-极化激元相互作用和工程极化激元晶格一起，在强关联光子非平衡动力学研究中将发挥重要作用。
2016-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Continuous-time quantum walks on planar lattices and the role of the magnetic field
我们解决的动态连续时间量子行走（CTQW）的平面二维晶格图，即那些形成一个规则的镶嵌的欧几里得平面（三角形，正方形和蜂窝晶格图）。我们首先考虑自由粒子：在正方形和三角形格子图上，我们观察到众所周知的弹道行为，而在蜂窝格子图上，我们得到一个亚弹道，虽然仍然比经典的扩散快。我们将这种差异归因于进化产生的不同数量的相干性，反过来，归因于这样一个事实，即在2D中，正方形和三角形晶格是布拉维晶格，而蜂窝晶格是非布拉维晶格。从物理的角度来看，这意味着CTQW并不是普遍的弹道扩展特征。然后，我们在一个垂直的均匀磁场的存在下解决的动力学和研究的影响，通过两种方法：（i）引入Peierls相因子，根据该自由粒子的隧穿矩阵元素变得复杂，或（ii）空间离散的无自旋带电粒子的哈密顿量的存在下的磁场。无论哪种方式，初始局部化的步行者的动力学的特征在于与自由粒子的情况相比较低的扩散，场越大，步行者保持的局部化越多。值得注意的是，通过对哈密顿量（对称规范中的矢量势）进行空间离散化来分析动力学，我们得到了空间坐标的变化是由伪振荡来表征的，伪振荡是连续统中哈密顿量后面的谐振子的回忆，其能级是众所周知的朗道能级。
2019-11-05 quant-ph
Towards interpretable quantum machine learning via single-photon quantum walks
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；University of Konstanz（康斯坦茨大学）
提出基于单光子量子行走的变分方法量子化投影模拟，利用量子干涉增强迁移学习能力，并提升决策过程的可解释性。
2023-10-16 cs.AI cs.LG quant-ph
Experimental quantum stochastic walks simulating associative memory of Hopfield neural networks
随着量子信息和机器学习之间的交叉，神经网络的量子模拟受到了前所未有的关注，特别是Hopfield神经网络的联想记忆模拟，由于其广泛的应用和相对简单的结构，允许更容易地映射到量子机制。量子随机游走是一种非常有效的量子动力学分析工具，它可以用来模拟依赖于汉明距离的放电模式和联想记忆。我们成功地将理论方案映射到三维光子量子芯片中，并通过对传播常数的良好控制失谐实现了量子随机行走演化。我们证明了一个很好的匹配率之间的实验量子方案和Hopfield神经网络的预期结果的联想记忆。神经网络的一个重要特征的量子模拟的能力，结合我们的方法的可扩展性，通过低损耗集成芯片和简单的哈密顿工程，提供了一个主要的，但稳定的一步光子人工智能设备的优化和计算任务的效率大大提高。
2019-04-20 physics.optics quant-ph
Complementarity in quantum walks
本文研究了 $d$-环上带相移的离散时间量子游走，解析求解后发现素数 $d$ 下两个演化算符的本征向量具有强互补性，且该性质在连续版本（一维 Dirac 粒子）中依然存在。
2022-06-22 quant-ph
Quantum solitons and their quantum walks in transmon arrays
Technology Innovation Institute（技术创新研究所）；University of Kent（肯特大学）；Dipartimento di Fisica e Astronomia（物理与天文学系）；INFN-Sezione di Catania（意大利国家核物理研究所卡塔尼亚分部）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）
研究电容耦合transmon线性阵列中的量子孤子，通过Bose-Hubbard模型描述吸引相互作用，揭示其量子行走干涉图案，并提出与当前可调谐transmon电路兼容的制备方案。
2026-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con
Quantum Metropolis Solver: A Quantum Walks Approach to Optimization Problems
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Quasar Science Resources, SL（类星体科学资源有限责任公司）；Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）
本文提出基于量子行走的 Metropolis-Hastings 算法构建量子软件工具 QMS，并通过 N-皇后问题验证其潜在量子优势及性能。
2022-07-13 cond-mat.stat-mech cs.AI cs.LG
Predicting the minimum control time of quantum protocols with artificial neural networks
量子控制依赖于在不损失相干性的情况下驱动量子态，因此随着时间的推移，量子特性泄漏到环境中是一个根本的挑战。一种解决方法是实现快速协议，因此最小控制时间（MCT）是最重要的。在这里，我们采用机器学习网络来估计状态传输协议中的MCT。一个无监督的学习方法被认为是通过使用一个自动编码器网络与k-means聚类工具的组合。对Landau-Zener（LZ）哈密顿量进行了分析，当总演化时间低于或超过MCT时，LZ哈密顿量具有解析的MCT，并且在控制景观中具有独特的拓扑变化。我们得到的网络不仅能够产生的MCT的估计，但也获得了景观的拓扑结构的理解。类似的结果被发现为广义LZ哈密顿，而我们非常简单的架构遇到的限制。
2022-08-08 quant-ph
Projective simulation for artificial intelligence
我们提出了一个学习代理的模型，其与环境的交互是由基于模拟的投影，它允许代理项目本身到未来的情况下，它采取实际行动之前。投射模拟基于在片段网络中的随机行走，片段是情景记忆的基本片段。剪辑的网络动态地变化，这是由于新的感知输入和由于模拟过程的某些组成原则。在模拟过程中，剪辑被筛选出触发代理实际动作的特定特征。该计划是不同于其他的，计算，模拟的概念，它提供了一个体现认知科学方法的智能行动和学习的新元素。我们的模型为量子力学操作的推广提供了一条自然的途径，并将强化学习和量子计算领域联系起来。
2013-02-08 cond-mat.dis-nn nlin.AO quant-ph
Quantum-enhanced deliberation of learning agents using trapped ions
一个计划，成功地采用量子力学的自主学习代理的设计最近被报道的投影模拟（PS）模型的人工智能的背景下。在这种方法中，PS代理的关键特征，通过随机游走探索的特定类型的记忆，被证明是可以量化的。特别是，经典的随机游动被赛格迪型量子游动所取代，从而允许加速。在这项工作中，我们提出了这样的经典和量子代理可以实现在系统中的被困离子。我们采用了一个通用的建设，经典的代理“升级”到他们的量子对应的嵌套相干控制，我们概述了这种建设可以实现离子阱。我们的研究结果提供了一个灵活的模块化架构的PS代理的设计。此外，我们提出了简单的PS代理分析我们的建议在一定的噪声模型下的鲁棒性的数值模拟。
2015-01-31 quant-ph
Ideal flat and resolved SU(3) Landau levels in three dimensions
本研究在金刚石声学晶格中理论提出并实验观测到具有 SU(3) 量子数的理想平坦三维 Landau 能级，并通过本征模式相关性实现量子数重构。
2024-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Artificial Intelligence for Quantum Matter: Finding a Needle in a Haystack
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出了一种基于神经网络的通用方法，用于高效模拟高度纠缠的量子物质，成功应用于分数量子霍尔问题。
2026-02-22 cond-mat.str-el quant-ph
Ranking nodes in directed networks via continuous-time quantum walks
基于$n$维（其中$n$是节点数）的酉连续时间量子游走（CTQW），提出了四种新的有向网络中心性测度，并对其进行了测试和讨论.这些方法背后的主要思想在于将经典的HITS和PageRank算法重新转换为对称矩阵的特征向量问题，并使用这些对称矩阵作为CTQW的Hamilton算子，以获得酉演化算子。初始状态的选择也很关键。测试了两个选项：具有均匀占用的向量和加权w.r.t.~的向量。入度或出度（分别针对权威和枢纽中心性）。两种方法基于HITS导出的哈密顿算子，两种方法使用PageRank导出的哈密顿算子。节点的中心性分数定义为平均占用值。所有的方法都在一组小的，简单的图上进行了测试，以发现可能的明显缺点，然后在大量的人工生成的较大尺寸的图上进行了测试，以与经典的HITS和PageRank进行比较。数值结果表明，尽管在分析小图时发现的三种方法中的一些病理，所有的方法是有效的，在较大的图中找到的第一个和前十个节点。我们评论的结果，并提供了一些见解的经典和量子方法之间的良好一致性。
2022-10-24 cs.NA math.NA quant-ph
Quantum Projective Simulation with Hamiltonian Evolution: A study in reinforcement learning
投影模拟是人工智能研究的一种新方法。它涉及一个审议过程，包括在一个剪辑图上的随机行走，并允许学习代理在承诺采取行动之前将自己投射到未来。在这里，我们研究和分析的量子力学版本，其中的随机行走是由两种哈密顿。第一种是通过将剪辑转换为量子比特，将经典模型天真地嵌入到量子模型中来实现的。另一种允许将剪辑存储在量子比特的叠加中，从而允许潜在的纯量子力学学习过程，其中对环境的感知是纯量子力学的，但动作是经典的。我们最后介绍的概念，相互作用的投影剂的经典和量子力学的情况下。
2017-08-01 quant-ph
Synthetic gauge fields for light beams in optical resonators
从理论上提出了一种利用变形光学元件实现无源光腔中光波的人工磁场的方法。特别地，当实现均匀磁场时，获得横向谐振器模式的频谱的高度简并的朗道能级结构，其对应于光学腔场的回旋运动。这可以通过无源光学谐振器的瞬态激发来探测。
2015-04-30 physics.optics quant-ph
