Any Two Qubit State Has Non Zero Quantum Discord Under Global Unitary Operations
量子不和谐对于超越纠缠范式分析量子非经典性具有重要意义。目前，我们已经探索了整体幺正操作在从一般的两量子比特零不和谐态中表现量子不和谐的有效性。除了出现绝对经典-量子、绝对量子-经典态等明显概念外，更有趣的是，观察到具有绝对性特征的态集仅包含最大混合态。因此，当其他标准方法无法做到这一点时，这标志着全局幺正操作在从任意两个量子比特态显示非经典性方面的有效性达到了顶峰。在这种情况下，提供了一套有效的全球统一体。我们的观察在远程状态准备任务中有直接的影响。
2020-04-27 quant-ph
Quantifying the Operational Cost of Multipartite Entanglement
DISAT, Politecnico di Torino（都灵理工大学 DISAT）；School of Electrical and Computer Engineering, Cornell University（康奈尔大学电气与计算机工程学院）
本文提出了一种量化多体纠缠的操作成本方法，通过最大化双体纠缠度量来确定k体纠缠的实验成本，并计算了扩展的k体纠缠产率。
2026-02-13 quant-ph
Entanglement cost of discriminating noisy Bell states by local operations and classical communication
纠缠态可以通过局域操作和经典通信（LOCC）来实现量子态的鉴别。例如，贝尔状态是必要的（和足够的），以完美地区分一组三个或四个贝尔状态的LOCC。在本文中，我们考虑的任务LOCC歧视的状态的嘈杂贝尔系综，其中一个给定的系综所获得的状态通过混合的贝尔状态与任意两个量子比特的状态与非零概率。证明了Bell态是LOCC最佳区分所必需的，即使系综一般不包含任何最大纠缠态，在特定情况下不包含任何纠缠态。
2021-10-01 quant-ph
On the quantum no-signalling assisted zero-error classical simulation cost of non-commutative bipartite graphs
利用量子无信号关联，用一个通道精确地模拟另一个通道，这是最近的研究。非交换二分图的一次性无信令辅助经典零错误模拟成本已被公式化为半定规划[Duan和Winter，IEEE Trans. Inf. Theory 62，891（2016）]。在我们的工作之前，对于一般非交换图的一次性（或渐近）无信号辅助零错误经典模拟成本是否是乘法（分别是）是未知的。添加剂）或不添加。在本文中，我们解决这些问题，并给出了一个一般的充分条件的一次性模拟成本的乘法性和非交换二部图，其中包括所有已知的情况下，如极值图和经典量子图的渐近模拟成本的可加性。应用这个条件，我们展示了一个大类的所谓的\emph{cheapest-full-rank graphs}的渐近零误差模拟成本给出的一次模拟成本。最后，我们通过构造一类特殊的量子比特-四元组非交换二部图，证明了单次模拟代价的乘法性。
2016-05-17 quant-ph
The thermodynamic cost of quantum operations
计算机产生的热量正在迅速成为开发新一代信息技术的主要问题之一。计算热力学为热量的产生设定了最终的物理界限。一个下限由Landauer极限设定，在该极限下计算变得可逆。对于经典计算，没有物理原理可以阻止达到这个极限，并且已经通过实验测试了达到这个极限的方法。在本文中，我们表明，对于量子计算有一个不可避免的多余的热量产生，使其固有的热不可逆的。一般来说，量子计算机无法达到朗道极限。我们证明了量子计算产生的热量的下界的存在，超过了兰道尔极限，给出了特殊的条件下，这种额外的成本可以避免，并显示如何经典计算属于这些特殊条件。
2016-04-13 quant-ph
The Deimginarity Cost of Quantum States
本文定义了去虚部任务，证明其最小随机性代价等于正则化虚部相对熵，提供了虚部相对熵的操作性解释。
2025-01-22 quant-ph
The Zero-error Entanglement Cost is Highly Non-Additive
施密特数是一种纠缠度量，其对数量化了使用本地操作和经典通信（LOCC）生成给定量子态的零错误纠缠代价。然而，施密特数是一个众所周知的难以计算的量，它与其他纠缠度量的关系在很大程度上是未知的。在本文中，我们表明，施密特数是高度非乘法的意义上，任何整数$n$，存在的状态，其施密特数保持不变时，采取$n$副本的给定状态。这些状态也提供了一个罕见的情况下，正则化的零错误纠缠成本可以精确计算。然后，我们探讨的问题，增加施密特数的量子操作。我们描述了一类二分量子操作，保持施密特数的纯状态转换，但他们可以增加施密特数由任意大的数量时，产生混合状态。我们的结果是通过连接到资源理论的量子相干性和推广类的退相协变非相干操作（DIO）的二分设置。
2018-08-30 quant-ph
Constant-cost implementations of Clifford operations and multiply controlled gates using global interactions
我们考虑由单比特操作和伊辛型哈密顿产生的全局纠缠门组成的量子线路。它表明，这样的电路可以实现一个大类的酉算子通常用于量子算法在一个非常低的成本-使用一个恒定的或有效的恒定数量的全球纠缠门。具体而言，我们报告的恒定成本的克利福德操作的实现和不带辅助，恒定成本的实施的多控制门线性许多辅助，和$O(\log^*(n))$成本的实施的$n$控制的单目标门使用cummically许多辅助。这表明了全局纠缠门电路的显著渐近优势。
2022-12-01 cs.CC cs.ET quant-ph
Communication Cost for Non-Markovianity of Tripartite Quantum States: A Resource Theoretic Approach
为了从操作的角度量化三方量子态的非马尔可夫性，我们引入了一类由三个远距离方执行的操作$Ω^*$。在$Ω^*$下，三量子态是自由态当且仅当它是量子马尔可夫链。我们引入了一个三重量子态的函数，我们称之为非马尔可夫性的形成，并证明了它是一个忠实的非马尔可夫性的措施，这是连续的和单调非递增的子类下$Ω^*$ $Ω$。我们考虑一个任务，其中三方从头开始生成一个非马尔可夫状态的操作在$Ω$，辅助量子通信从第三方到其他人，这不属于$Ω$。我们证明了其中所需的量子通信的最小费用渐近等于正规化的非马尔可夫性的形成。基于这一结果，我们提供了一个直接的操作意义的两体纠缠的措施，称为c-压扁纠缠。
2021-01-18 quant-ph
The zero energy quantum informtaiton processing
与信息论的一些似是而非的说法不同，我们指出了零能量量子信息处理的可能性。特别地，我们研究了利用“量子并行性”的量子“预言机”操作中纠缠形成的速率，得到了在“输入寄存器+输出寄存器”的复合系统中，操作速率的相对最大值区分了零平均相互作用能。这一结果既不能约化到以前得到的两个界，也不能约化到以前得到的两个界，因此它代表了量子信息理论中非正交态变换的一个新的界。
2002-02-12 quant-ph
Erasing Quantum Coherence: An Operational Approach
尽管量子相干性是量子物理学的标志之一，但它缺乏可操作的解释。在这里，我们提供了一个操作的量子系统的相干性的解释，在注入的噪声量，以充分decohere它。特别是，我们表明，在渐近极限，完全decohere量子系统所需的最小量的噪声，等于相对熵的相干性。这量化了量子相干性的擦除成本。我们采用系统和环境之间的熵交换过程中的消相干操作和存储有关消相干操作的信息所需的内存作为量化的噪声。我们表明，这两个量词产生相同的成本擦除一致性的渐近极限。因此，相干性的相对熵被赋予了一种理论上和操作上的解释。
2017-04-06 quant-ph
Symmetrizing Cost of Quantum States
我们介绍并分析了一个任务，我们称之为对称化，其中一个量子系统的状态，与对称群，是由一个随机的幺正操作变换到一个对称状态。幺正系综的每个元素都需要保持对称性，在这个意义上，它保持对称态的集合不变。我们考虑了无限多个副本和极小误差的渐近极限，并分析了对称化成本，即对称化所需的每副本随机性的最小成本。我们证明了任意量子态的对称化代价等于标架的相对熵，从而赋予了它直接的运算意义。
2017-02-21 quant-ph
Optimal resource cost for error mitigation
近期量子设备的核心问题之一是了解它们的最终潜力和局限性。我们通过引入一个考虑到近期设备的完全可表达性的框架来解决这个问题，在该框架中，可以形式化概率错误消除方法的最佳资源成本。我们提供了一个一般的方法来评估最佳成本，通过将其连接到一个资源理论的量化定义的设备可以实现的嘈杂的操作。我们采用我们的方法来估计最佳成本，在减轻一般类的噪声，在那里我们获得了一个可实现的成本，有一个通用的优势，比以前的评估，以及适用于广泛的一类噪声可实现的操作的基本下限。我们提高了我们的边界的几个噪声模型，在那里我们给出了确切的最佳成本的去极化和去相位噪声，精确地表征开销成本，同时提供了一个操作意义的资源措施方面的错误缓解。我们的结果特别暗示了Temme等人[K. Temme，S. Bravyi和J.M. Gambetta，Phys. Rev. Lett. 119，180509（2017）]即使在我们的扩展框架中也是最佳的，对这种噪声模型的近期设备中固有的额外自由度所提供的优势进行了根本限制。
2021-08-21 quant-ph
Increasing the power of the verifier in Quantum Zero Knowledge
在量子零知识中，假设验证者只使用酉操作。在这个假设下，关于量子零知识的许多好的性质已经被证明，包括诚实验证者量子统计零知识（HVQSZK）等于欺骗验证者量子统计零知识（QSZK）的事实（见[Wat02，Wat06]）。在本文中，我们研究了当我们允许一个诚实的验证者除了使用酉运算之外还可以抛硬币时会发生什么。抛硬币是一种非幺正操作，但最初似乎并没有增强验证者的欺骗可能性，因为经典的诚实验证者可以抛硬币。在这种设置中，我们展示了一个意想不到的结果：任何经典的交互式证明都具有使用硬币的诚实验证者量子统计零知识证明。请注意，在经典的情况下，诚实验证者SZK并不比SZK更强大，因此它不被认为包含甚至NP。另一方面，在欺骗验证者的情况下，我们证明了量子统计零知识，其中验证者应用任何非酉操作等于量子零知识，其中验证者只使用酉。人们可以从两个互补的角度来看待我们的结果。如果我们想使用诚实验证者模型作为一种手段，通过利用它们的等价性来研究一般模型，那么就必须使用没有硬币的酉定义，因为对于一般模型来说，这种等价性很可能是不正确的。另一方面，如果我们想在诚实但好奇的模型已经足够的加密场景中使用量子零知识协议，那么添加酉约束会严重降低量子零知识协议的功率。
2008-10-27 quant-ph
Markovianizing Cost of Tripartite Quantum States
我们介绍和分析了一个任务，我们称之为马尔可夫化，其中一个三分之一的量子态被转换为一个量子马尔可夫链上的三个子系统的随机化操作。我们考虑的情况下，初始状态是一个三方状态$ρ^{ABC}$的$n$副本的张量积，并转换为一个量子马尔可夫链条件下的$B^n$具有很小的误差，使用随机幺正操作$A^n$。在无限拷贝和极小误差的渐近极限下，我们分析了马尔可夫化成本，即马尔可夫化所需的每个拷贝的最小随机性成本。对于三方纯态，我们推导出了一个单字母的马尔可夫化成本公式。与直觉相反，马尔可夫化成本不是状态的连续函数，并且可以任意大，即使状态接近量子马尔可夫链。我们的结果有一个应用程序在分析成本的资源模拟一个二部酉门的本地操作和经典的通信。
2016-12-08 quant-ph
The Implementation of Quantum Computing Operations with Phase Modulated Microwave Pulses and High-Spin Ions at Zero Magnetic Fields
提出了在零磁场中利用自旋S=1的双电子顺磁离子的电子自旋进行脉冲操纵的量子计算基本操作的新物理实现。新型的变相位和不同极化的微波脉冲能够诱导离子自旋态之间的不同跃迁，这些跃迁可以用量子计算算符来描述。为了描述这种脉冲的影响，提出了一种新的方法来表示指数算子作为多项式的泡利矩阵。
2019-10-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Coherence cost for violating conservation laws
大自然对我们所做的操作施加了许多限制。这些限制中的许多可以根据实现操作所需的{ \it资源}来解释。对不同类型的操作所需的资源进行分类并确定资源的数量是物理学中的重要课题。在众多的运算类型中，酉运算是最基本的运算之一，人们已经从资源的隐式和显式两个方面对酉运算进行了长期的研究。然而，如何确定资源，并澄清根据保护法实施一般单一操作所需的必要和足够的资源量，是一个长期存在的悬而未决的问题。在本文中，我们提供了一个解决这个开放的问题。我们导出了一个渐近精确的等式，阐明了量子相干性作为在期望误差内实现任意幺正操作的资源的必要和充分量。在这个等式中，所需的相干性成本与实现误差和所需幺正操作中违反守恒定律的程度渐近地表示。我们还讨论了在几种物理情况下的相干成本的观点的基础上的平等的物理。这一工作不仅解决了关于幺正控制的一个长期存在的问题，而且对于幺正信道的情况，在非对称性资源理论的范围内澄清了量子信道的资源理论的关键问题.
2019-07-25 cond-mat.stat-mech quant-ph
Gibbs-preserving operations requiring infinite amount of quantum coherence
本文证明存在一类吉布斯保持操作无法借助任何有限量子相干性通过热操作实现，并给出近似实现所需相干成本的一般下界，揭示其相干成本与信道引起的能量变化相关。
2025-05-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Entanglement cost in topological stabilizer models at finite temperature
纠缠的概念对于表征物质量子相的普遍性质是有用的。从量子信息理论的角度来看，人们很容易问，它们的纠缠结构是否具有任何操作意义，例如，量化通过自由操作，如本地操作和经典通信（LOCC）准备纠缠系统的成本。虽然对于纯态的答案是肯定的，因为纠缠熵与纠缠代价一致，但对于混合态的情况了解较少。为此，我们研究的纠缠成本，准备某些多体系统的热吉布斯态下的正部分转置（PPT）保存操作，一组自由操作，包括LOCC。具体而言，我们表明，对于$d = 2, 3, 4$的$d$维复曲面代码模型的吉布斯状态，PPT纠缠成本正好等于纠缠负性，这是一种已知在有限温度下诊断拓扑顺序的混合状态纠缠的度量。
2022-01-20 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Out-of-equilibrium operation of a quantum heat engine: The cost of thermal coupling control
真正的量子热机缺乏时间尺度和长度尺度的分离，这是经典发动机的特征。它们必须被理解为处于非平衡状态的开放量子系统，其中时间控制耦合到作为整体部分的热库。在这里，我们提出了一个系统的方法来描述一个广泛的类引擎和协议超出传统的弱耦合处理从微观建模。对于四冲程奥托发动机的整个动态范围下到低温进行了探讨，并揭示了与能量平衡中的耦合/解耦到/从水库的工作的关键作用。量子关联被证明是有助于提高效率的，这为最优控制技术开辟了新的途径。
2019-09-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Exact entanglement cost of quantum states and channels under PPT-preserving operations
本文建立了在完全保持部分转置（PPT）正性的自由量子操作下模拟量子信道的精确纠缠代价的单字母公式。首先，基于二体态$κ$-纠缠的思想，我们引入了点到点量子信道的$κ$ -纠缠度量，并建立了它的几个基本性质，包括摊销坍缩、PPT超信道下的单调性、可加性、归一化性、忠实性和非凸性。其次，我们引入并解决了在并行和顺序设置下模拟量子信道的精确纠缠代价，以及自由的PPT保持操作的帮助。特别是，我们建立了在这两种情况下的纠缠成本是由相同的单字母公式，$κ$ -纠缠测量的量子信道。我们进一步表明，这个成本等于最大的$κ$纠缠，可以共享或产生的发送器和接收器的通道。这个公式是可计算的一个半定的程序，从而允许一个有效的计算解决方案，一般的量子信道。注意到顺序机制比并行机制更强大，我们的结果的另一个值得注意的含义是，当PPT超级通道是免费的时，这两种机制对于精确的量子信道模拟具有相同的功率。对于几个基本的高斯量子信道，我们证明了精确的纠缠代价由Holevo-Werner公式给出[Holevo和Werner，Phys.Rev.A63，032312（2001）]，给出了这些信道的Holevo-Werner量的操作意义。
2023-01-27 cs.IT math.IT quant-ph
Exchange operation of Majorana zero modes in topological insulator-based Josephson trijunctions
本文报告了在拓扑绝缘体表面多三结约瑟夫森器件中创建、操控和交换马约拉纳零模的实验进展，观察到符合Fu-Kane模型的隙内态迁移特征，为实现拓扑量子计算中的编织操作提供了关键途径。
2025-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Work Cost of Thermal Operations in Quantum and Nano Thermodynamics
采用由Janzing等人开创的量子和纳米系统的热力学资源理论框架。Phys.39，2717（2000）]中，我们将一种资源状态转换为另一种资源状态的有用功成本表示为凸优化的线性规划。该方法基于Janzing等人以及后来Horodecki和Oppenheim [Nat.Comm.4，2059（2013）]给出的热准序的表征。这两种表征都与Ruch、Schranner和Seligman以混合距离[J. Chem. Phys. 69，386（1978）]的名义研究的优化的扩展版本有关。
2014-02-14 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Minimal Energy Cost to Initialize a Quantum Bit with Tolerable Error
Landauer原理对完美初始化经典位的能量消耗施加了基本限制，这仅在无限长时间的理想操作下才能达到。量子比特在实际操作中的代价问题是在有限的操作时间约束下提出的。对于有限时间$ε$的$τ$初始化，我们发现能量消耗从Landaeur极限（$k_{B}T\ln2$）由$\mathcal{L}^{2}(ε)/τ$增加.在参数空间中初始化之前和之后的状态之间的热力学长度$\mathcal{L}(ε)$随着误差减小而单调增加。例如，在恒定耗散系数（$γ_{0}$）的情况下，最小附加成本是用于$ε=1\%$的$0.997k_{B}T/(γ_{0}τ)$和用于$ε=0.1\%$的$1.288k_{B}T/(γ_{0}τ)$。此外，提出了通过有限时间等温过程实现量子比特初始化的最优方案，以达到最小能量消耗的界限。
2021-12-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Computable entanglement cost under positive partial transpose operations
本文针对PPT操作下制备含噪量子态的渐近纠缠成本计算问题，构造半定规划层级绕开正则化难题，并证明其指数收敛，首次实现无闭式公式的渐近纠缠度量的高效可计算性。
2025-03-07 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Time-cost-error trade-off relation in thermodynamics: The third law and beyond
针对随机和量子热力学中资源与误差约束的不明确问题，本文引入分离态概念建立统一框架，揭示时间-成本-误差三方权衡关系，量化第三定律不可达性原理并扩展至量子领域。
2025-10-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal unitary trajectories under commuting target and cost observables; applications to cooling
针对有限系统单幺正操作下的态变换范式，研究确定了目标与代价可观测量对易时的最优操作，并推广至含第三个对易全局守恒量的情形，以基态冷却示例验证了结果。
2024-12-10 math-ph math.MP quant-ph
Operational Interpretation of Quantum Fisher Information in Quantum Thermodynamics
在量子热力学的框架下，准备一个处于一般状态的量子系统需要消耗两种不同的资源，即功和相干性。研究表明，制备一个量子态所需的功由它的自由能决定。考虑类似的设置，在这里，我们确定准备一个一般状态的一致性成本时，没有限制的工作消耗。更准确地说，相干成本被定义为纯相干状态下系统的最小消耗率，这是准备所需系统的副本所需的。我们表明，任何系统的相干成本是由它的量子费舍尔信息的时间参数，从而引入一个新的操作解释这个中心量的量子精密测量。我们的资源理论方法还揭示了量子费舍尔信息的两个基本性质之间的一个以前未被注意的联系。
2021-12-09 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Logarithmic negativity typically equals exact entanglement cost
SJTU Paris Elite Institute of Technology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学巴黎卓越工程师学院）；Martin Fisher School of Physics, Brandeis University（布兰代斯大学马丁费舍尔物理系）；School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study（高等研究院自然科学学院）
本文证明对于大随机诱导混合态，对数负性（一种高效可计算的纠缠度量）通常与正部分转置保持操作下的精确纠缠代价相等，从而赋予其精确的操作意义。
2026-07-03 cond-mat.str-el hep-th math-ph
