Semi-device-independent self-testing of unitary operations
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等科学研究院）
提出一种半设备无关的自测试协议，通过变体3比特制备-测量随机存取码的最优量子优势，认证酉操作和测量。
2026-04-21 quant-ph
Device-independent quantum reading and noise-assisted quantum transmitters
在量子读取中，光的量子态（发射器）被应用于读取经典信息。在存在噪声或足够弱的信号的情况下，量子读取可以通过增强的状态可重复性而优于经典读取。在这里，我们表明，增强的量子效率取决于发射机中存在的一种特定类型的量子相关性，不和谐的响应。不同的编码和发射器会产生不同的效率水平。考虑噪声量子探针，我们表明，压缩热发射机与非对称分布的场模式之间的噪声产生更高的量子效率相比，相干热量子态。噪声增强的量子优势是响应的不和谐的结果，该响应是在恒定压缩下增加的热噪声的非减函数，该行为导致增加的状态可重构性。最后，我们表明，对于非对称压缩热态，误差的概率，作为测量的量子Beskoff界，渐近消失，增加本地的热噪声在有限的整体压缩。因此，在固定的有限压缩，噪声，但强烈不协调的量子态与场模式之间的大噪声不平衡可以优于噪声的经典资源以及具有相同的有限水平的压缩的纯纠缠发射机。
2014-12-22 cond-mat.other math-ph math.MP
Training Quantum Neural Networks on NISQ Devices
噪声中尺度量子（NISQ）器件的出现为量子算法的发展提供了至关重要的机会。在这里，我们评估了两个量子神经网络（QNN）架构的IBM的NISQ设备，即耗散QNN（DQNN）的积木感知器是一个完全积极的地图，和量子近似优化算法（QAOA）的噪声容忍度。我们比较这两种方法来学习一个未知的单一。虽然这两个网络都成功地完成了这个学习任务，但我们发现DQNN比QAOA更可靠地学习未知的酉，并且不太容易受到门噪声的影响。
2021-04-13 quant-ph
Variational Quantum Algorithm for Unitary Dilation
本研究提出一种实现非酉算子近似酉扩张的量子-经典混合变分框架，经Quafu集群超导器件实验验证，该方法可降低量子资源需求、提升噪声鲁棒性，为近期硬件上的非酉过程模拟提供实用方案。
2025-10-22 quant-ph
Robust self-test of the maximally entangled state of two-qubits without assuming unitary observables
University of Warsaw（华沙大学）；Universidade Estadual Paulista（圣保罗州立大学）
研究不假设酉可观测量的两量子比特最大纠缠态的稳健自测试问题，通过规避测量装置的扩张，对物理非投影算子进行正则化并得出解析稳健性界限。
2026-09-01 quant-ph
Simulation of open quantum systems via low-depth convex unitary evolutions
本文提出一种混合量子-经典方法，将随机酉信道分解为低深度凸酉演化并独立采样运行，无需深度辅助框架即可在NISQ设备上以较低噪声成本模拟多达数十量子比特的开放量子系统。
2024-09-06 quant-ph
An alternative explicit circuit diagram for the quantum search algorithm by implementing a non-unitary gate
本文基于Grover搜索算法最终态的Gram-Schmidt归一化特性，提出利用非幺正矩阵平方根、模拟Gram-Schmidt过程的幺正矩阵等多种显式幺正实现方案，讨论复杂度变化，提供特定平台可用的替代电路，还可用于集合元素分组。
2025-08-21 cs.CC quant-ph
Improved accuracy on noisy devices by non-unitary Variational Quantum Eigensolver for chemistry applications
本文提出了一种改进的量子计算机电子结构优化的变分量子本征求解器算法，称为非幺正变分量子本征求解器（nu-VQE）。在本工作中，我们使用Jastrow因子作为非幺正算符，该因子是从经典的量子蒙特卡罗方法中得到的，用于模拟强关联电子。该方法适用于原型分子哈密顿，我们获得准确的基态能量与浅电路，在成本增加的测量数量。最后，我们还表明，这种方法实现了一个重要的错误缓解效果，大大提高了质量的VQE优化的结果在今天的嘈杂的量子计算机。在电路深度相同的情况下，我们的方案中计算的能量的绝对误差比使用传统VQE方法的相应结果小一个数量级。
2021-01-22 physics.chem-ph quant-ph
Discrimination of Unitary Transformations and Quantum Algorithms
量子算法通常被理解为多量子比特量子系统在规定的幺正变换序列下的演化。该算法的输入规定了序列中的一些酉变换，而其他变换保持固定。对于oracle查询算法，输入确定oracle酉变换。这样的算法可以被视为区分一组酉变换的装置。问题出现了：“给定一组已知的甲骨文酉变换，在多大程度上可以区分它们？“我们调查了Deutsch-Jozsa问题。任务之间的认可甲骨文酉变换的结果，在一个详尽的收集算法，可以解决这个问题的确定性。
2008-11-09 quant-ph
Impossible to conjugate or reflect an unknown quantum state via a unitary evolution
Tsinghua University（清华大学）
本文提出不可共轭定理，证明无法通过通用物理设备或线性/幺正操作共轭未知任意量子态，补充了量子信息领域的基本限制定理。
2026-10-23 quant-ph
Unitary Dilation Strategy Towards Efficient and Exact Simulation of Non-Unitary Quantum Evolutions
针对非酉量子操作模拟成本高的问题，提出基于Lagrange-Sylvester插值的单辅助量子比特酉分解技术，实现任意非酉算子无近似误差的精确表示，大幅降低测量成本。
2025-01-30 quant-ph
Efficient Construction of Quantum Physical Unclonable Functions with Unitary t-designs
量子物理不可克隆功能（QPUF）正在迅速成为理论硬件解决方案，以提供安全的加密功能，例如密钥交换，消息认证，实体识别等。最近的工作表明，为了提供这些解决方案对任何量子多项式时间对手的可证明安全性，QPUF需要是从Haar测度均匀随机采样的酉。然而，已知这需要指数量的资源。在这项工作中，我们提出了一个有效的结构，这些设备使用单一的t-设计，称为QPUF_t。在此过程中，我们修改了QPUF的现有安全定义，以包括有效的构造，并展示了QPUF_t仍然保留了可证明的安全保证，以对抗具有t查询访问设备的有界量子多项式对手。这也为任意t提供了酉t-设计构造的第一个用例，而不是以前的t-设计应用，其中通常已知几个（相对较低的）t值对执行某些任务有用。我们研究了QPUF_t对特定类型的噪声（酉噪声）的抗噪性，并表明可以实现一定的抗噪性，特别是当影响单个量子比特的错误率随着系统大小的增加而变小时。为了使噪声弹性更现实和有意义的，我们得出结论，一些概念的错误减轻或纠正应被引入。
2021-01-14 quant-ph
Non-unitary Quantum Electronics: Novel Functions from the Edge of the Quantum World
电子器件和量子材料的新类别是通过流水线的电子量子态的幺正演化所描述的薛定谔方程与非幺正过程中断的相干传播的电子。这些器件和材料存在于量子力学和经典物理之间迷人的过渡区域。该装置被设计成使得通过例如在材料界面处诱导的破缺反转对称性来实现非互易幺正态演化。这种相干态演化被耦合到环境的缺陷引起的个体非弹性散射事件中断。例如，双端非幺正量子器件的特征在于线性响应中的非互易电导。因此，它们是昂萨格互反关系的例外，它们挑战了热力学第二定律。将器件功能实现到材料或超材料的晶胞中，在2D和3D材料、界面和异质结构中产生新的功能。
2020-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Suppressing decoherence in quantum state transfer with unitary operations
退相干是限制量子信息处理器件性能的根本障碍。在这种情况下，将一个量子态（已知或未知）从一个地方传输到另一个地方的问题非常有趣。在这项工作中，通过遵循最近的理论提议[Opt. Eng. { \bf 59}，061625（2020）]，我们研究了依赖于量子态的预处理和后处理幺正操作的应用，用于保护给定（多量子比特）量子态免受作用于所有量子比特的退相干的影响。我们观察到输出量子态保真度的增加，无论是在量子仿真实验中，其中所有保护幺正都是完美的，还是在具有云可访问的量子处理器的真实实验中，其中保护幺正本身受到噪声的影响。我们期望所考虑的方法可以是有用的分析能力的量子信息处理设备在传输已知的量子态。我们还证明了所开发的方法在量子处理器的远程物理量子比特上分配两个量子比特状态的过程中抑制退相干的适用性。
2023-01-11 quant-ph
Quantum State Preparation and Non-Unitary Evolution with Diagonal Operators
在基于幺正门的量子器件上实现非幺正变换对于模拟包括开放量子系统和亚规范化量子态在内的各种物理问题具有重要意义。我们提出了一个基于膨胀的算法来模拟非幺正操作使用概率量子计算只有一个辅助量子比特。我们利用奇异值分解（SVD）将任何一般量子算符分解为两个幺正算符和一个对角非幺正算符的乘积，并证明了在1-qubit扩张空间中可以用对角幺正算符实现。虽然膨胀技术增加了计算中的量子位数，从而增加了门的复杂性，但我们的算法将膨胀空间中所需的操作限制为对角酉算子，该算子具有已知的电路分解。我们利用该算法在量子器件上制备了具有高保真度的随机亚归一化二能级态。此外，我们在量子器件上计算了两能级开放量子系统在退相通道和振幅阻尼通道中的精确非幺正动力学。该算法将是最有用的实现一般的非酉操作时，SVD可以很容易地计算，这是大多数运营商的情况下，在嘈杂的中间尺度量子计算时代。
2022-05-05 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
A quantum algorithm for evolving open quantum dynamics on quantum computing devices
设计用于模拟量子系统的量子算法已经取得了巨大的进展，但是很少有研究开发用于开放量子动力学的量子算法，尽管它在模拟大多数现实物理模型中发现的系统-环境相互作用方面很重要。在这项工作中，我们提出并证明了一个通用的量子算法来发展开放的量子动力学的量子计算设备。控制时间演化的Kraus算子可以被转换成具有由Sz保证的最小膨胀的酉矩阵。Nagy定理这允许初始状态通过酉量子门的演化，同时使用比传统Stinespring膨胀所需的显著更少的资源。我们演示了使用IBM Qiskit量子模拟器和IBM Q 5特内里费岛量子设备的振幅阻尼通道上的算法。该算法不需要特定的动力学模型或量子信道的分解，因此可以很容易地推广到其他开放的量子动力学模型。
2019-05-14 quant-ph
Entanglement and secret-key-agreement capacities of bipartite quantum interactions and read-only memory devices
二分量子相互作用对应于在存在浴的情况下两个量子系统之间可能发生的最一般的量子相互作用。在这项工作中，我们确定了两个量子系统之间的纠缠产生和秘密密钥协商的二分相互作用的能力的界限。我们的上界的纠缠产生能力的二分量子相互作用是由一个量称为双向max-Rains信息。我们的上界的秘密密钥协商能力的两体量子相互作用是由一个相关的量称为双向最大相对熵的纠缠。我们还得到更严格的上界的能力，二分相互作用遵守一定的对称性。观察到存储器设备的读取是一种特殊的二分量子相互作用，我们利用我们的边界从双向设置提供我们介绍的任务，称为窃听存储单元的私人读取的能力的界限。给定一组点对点量子窃听信道，私人读取的目标是编码器从这些信道形成码字，以便与控制信道的一个输入和一个输出的一方建立密钥，而被动窃听者可以访问信道的一个输出。我们推导出窃听存储单元的私人读取容量的下限和上限。然后，我们扩展这些结果，以确定可实现的速率为两个遥远的当事人之间的纠缠的产生有一致的访问控制点到点的通道，这是一种特殊的二分相互作用。
2020-01-27 cond-mat.other cs.IT math.IT
Non-unitary Quantum Physical Unclonable Functions: Modelling, Simulation, and Evaluation under Open Quantum Dynamics
本文提出利用开放量子系统动力学构建非酉量子物理不可克隆函数（QPUF），设计了D-QPUF、MF-QPUF和L-QPUF三种架构，仿真证明其具备强不可伪造性，将环境噪声转化为后量子安全的可行基础。
2025-11-03 quant-ph
Reference-Frame-Independent Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution with Uncharacterized Qubits
本文提出了一种与参考系无关、与测量设备无关的量子比特未特征化的量子密钥分发方案。我们展示了协议的安全性。该协议还可以用于具有非常低的误码率但遭受大的、不受控制的（但缓慢的）、单一旋转的信道。
2018-10-04 quant-ph
Decomposing large unitaries into multimode devices of arbitrary size
本文将酉矩阵分解从2×2器件推广到任意尺寸的m×m多模器件，证明其在资源效率和容错性上优于传统方案，有助于以更低误差构建大规模酉矩阵，支撑玻色子采样、量子傅里叶变换和量子模拟等任务。
2023-09-21 quant-ph
Identification of malfunctioning quantum devices
该研究针对量子网络中的故障器件识别问题，分析了不同故障类型下的最优检测方案，证明局域测量在大网络极限下可达最优，纠缠探针可提升幺正操作故障的识别效果，并明确了不同量子信道故障的纠缠需求。
2024-10-08 quant-ph
Incoherent quantum algorithm dynamics of an open system with near-term devices
量子-经典混合算法是在噪声-中间尺度量子（NISQ）技术下实现量子计算的最有前途的系统之一。在本文中，首先，我们研究了一个量子动力学算法的密度矩阵服从冯诺依曼方程使用一个有效的拉格朗日为基础的方法。然后，利用量子-经典混合算法，研究了用哈密顿系综描述的无序量子系统的系综平均动力学。在最近的工作[物理学。120，030403]，作者得出结论，由于无序平均的性质，开放系统的动力学可以通过哈密顿系综来模拟。研究了利用主方程形式的变分量子线路模拟开放系统非相干动力学（退相干）的算法。尽管开放系统的非幺正演化，我们的方法是适用于广泛的问题与幺正量子操作的非相干动力学。
2020-08-12 quant-ph
Modelling Quantum Devices and the Reconstruction of Physics in Practical Systems
量子器件建模就是根据量子理论找到一个能够解释量子器件实验结果的模型。我们发现，通常我们不能正确地识别描述设备的实际物理的模型，无论实验工作给定的一组有限的操作。根据我们找到的充分条件，正确地重建模型需要一组特定的纯态和投影测量，或者一组可以生成所有酉算子的演化算子。
2019-10-05 quant-ph
Quantum Simulation of Open Quantum Systems Using a Unitary Decomposition of Operators
现实物理和化学系统中的电子输运通常涉及与大环境的非平凡能量交换，需要开放量子系统的定义和处理。由于开放量子系统的时间演化采用非幺正算符，因此开放量子系统的模拟对仅由幺正算符或幺正门构成的通用量子计算机提出了挑战。在这里，我们提出了一个通用的算法，用于实现任何非幺正算符对量子器件上任意态的作用。我们证明了任何量子算符都可以精确地分解为至多四个幺正算符的线性组合。我们证明了这种方法在两个零温度和有限温度振幅阻尼通道的二能级系统。结果与经典计算结果一致，显示出在中期和未来的量子器件上模拟非幺正操作的前景。
2021-06-23 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Equivalence determination of unitary operations
我们研究幺正操作的等价性判定，这是一个类似于量子态鉴别的任务。候选状态由作为量子样本给出的幺正操作代替，即，黑盒装置实现候选酉运算，并且辨别目标变为另一黑盒。该任务是以黑盒作为输入的高阶量子计算的一个实例。用半定规划计算了最优误差概率。在通用协议中的黑盒之间应用的任意量子操作提供了优于限于黑盒的并行使用的协议的优点。我们提供了这样一个优势的数值证明。与此相反，一个并行化的计划分析显示，表现出最佳性能的一般计划的特定数量的量子样本的候选人。我们发现有限样本等价性确定的例子，实现了相同的性能时，提供了一个经典的描述的候选人，虽然一个确切的经典描述不能从有限的量子样本。
2018-03-30 quant-ph
Optimal universal programming of unitary gates
通用量子处理器（英语：Universal quantum processor）是一种将（量子）程序作为输入的设备，该程序包含任意幺正门的编码和（量子）数据寄存器，编码门应用于该寄存器。虽然不存在完美的通用量子处理器，但在过去的二十年里，近似处理器已经被提出。一个基本的开放问题是最小量子程序的大小如何与近似误差成比例。在这里，我们回答这个问题，通过证明一个边界的大小的程序和设计一个具体的协议，达到了在渐近极限的约束。我们的结果是基于最佳规划和海森堡极限之间的连接量子精密测量，并建立了一个渐近等价的编程，学习和估计酉门的任务。
2021-02-04 quant-ph
Unitary Encoding of Thermal States via Thermofield Dynamics on Quantum Computers
Universidade Federal do Pará（帕拉联邦大学）；Latin American Quantum Computing Center, SENAI CIMATEC（拉丁美洲量子计算中心，SENAI CIMATEC）；Centro das Ciências Exatas e das Tecnologias, Universidade Federal do Oeste da Bahia（巴伊亚联邦大学理学院与科技学院）
本文提出一种基于门的量子算法，用于在有限温度下通过热场动力学制备真空态并实时跟踪其演化，该算法适用于近中期量子设备。
2026-04-01 quant-ph
Efficient Inversion of Unknown Unitary Operations with Structured Hamiltonians
本文提出了高效量子算法，利用特定哈密顿量结构反转未知酉操作，显著降低辅助量子比特和查询复杂度，并扩展至复共轭和转置操作，为近期量子设备提供实用方法。
2025-06-25 quant-ph
Mathematical Models of Contemporary Elementary Quantum Computing Devices
未来量子计算机的计算将通过基本的量子门来实现。现在众所周知，1位和2位量子门的集合对于量子计算是通用的，即，任何n位酉操作都可以通过1位和2位基本量子门的级联来执行。腔QED、离子阱和量子点这三种现代量子器件被广泛认为是构造基本量子门最有希望的候选器件。在本文中，我们描述了这些设备的物理特性，并显示的基础上的相互作用的激光场作为控制与原子，离子或电子自旋的数学推导，导致以下：（i）1位幺正旋转门;和（ii）2位量子相位门和受控非门。本文旨在为数学家，物理学家和计算机科学家提供一个足够独立的分析性质的调查帐户，以帮助跨学科理解量子计算的研究。
2003-03-26 quant-ph
Scalable Noise Estimation with Random Unitary Operators
我们描述了一个可扩展的随机方法的实验测量的广义的相干量子变换的实现的准确性的特征的quantity。该方法是基于随机酉算子的运动反转。在最简单的情况下，我们的方法可以直接估计平均门保真度。更一般的保真度以保真度损失的普适指数率为特征。在所有情况下，可测量的保真度降低直接与影响实现的噪声的强度有关-由描述非酉动力学的超算子的迹量化。虽然我们的随机协议的可扩展性使其在大型希尔伯特空间中最相关（当量子过程层析成像不可行时），但我们的方法应该立即用于评估在任何原型量子处理设备中可实现的控制程度。通过改变不同的实验安排和误差校正策略，可以确定关于噪声的附加信息。
2005-12-16 quant-ph
Energy requirement for implementing unitary gates on energy-unbounded systems
量子信息的处理总是有能量或时间等物理资源方面的成本。确定资源需求不仅是实际设备设计中不可或缺的一步--需要实际提供资源--而且还可能对物理上可能的过程类别产生基本约束。在这里，我们研究需要多少能量来实现一个所需的幺正门的量子系统具有非平凡的能量谱。我们得到了能量要求的一般下界，将文献[1]的主要结果从有限维系统推广到具有无界Hamilton算子的系统。这种扩展在光学系统的量子信息处理中有直接的应用，并且允许我们提供连续变量量子门，例如位移和压缩门的能量需求的界限。
2022-12-22 quant-ph
Variational quantum simulation of many-body dissipative dynamics on a superconducting quantum processor
本文提出并实验验证了一种基于哈密顿量线性组合的变分量子算法，在超导处理器Wukong上可扩展模拟非幺正多体耗散动力学，电路深度与时间无关，展示了含噪声中等规模量子设备的应用潜力。
2025-10-23 quant-ph
Realisation of a programmable two-qubit quantum processor
通用量子计算机是一种能够模拟任何物理系统的设备，代表了量子信息科学领域的一个主要目标。预计在这样的设备上执行的算法将为一些重要的计算任务提供显着的增益。在量子信息的上下文中，“通用”是指在系统的计算空间中执行任意幺正变换的能力。任意单量子位（qubit）门与纠缠双量子位门的组合是一种能够实现任意数量量子位的通用控制的门集，前提是这些门可以在任意量子位对之间重复执行。虽然门集合已经在几种技术中得到了证明，但它们还没有针对特定的任务进行定制，形成了所有酉算子的一个小子集。在这里，我们展示了一个可编程的量子处理器，实现任意幺正变换的两个量子比特，这是存储在捕获的原子离子。使用量子态和过程层析成像，我们证明了我们的实现的保真度为160随机选择的操作。这种通用控制等效于模拟自旋为1/2的系统之间的任何成对相互作用。可编程多量子位寄存器可以形成大规模量子处理器的核心组件，这里使用的方法适用于这样的设备。
2009-08-20 quant-ph
Unitary-Coupled Restricted Boltzmann Machine Ansatz for Quantum Simulations
神经网络量子态（Neural-Network Quantum State，NQS）作为一种模拟量子现象的强有力的波函数模型，引起了人们极大的兴趣。特别地，基于受限玻尔兹曼机（RBM）的NQS的变体已经被适配为对自旋晶格的基态和量子器件中的小分子的电子结构进行建模。尽管取得了这些进展，但基于RBM-NQS的量子模拟仍然存在重大挑战。在这项工作中，我们提出了一个状态准备协议，以产生一组特定的复值RBM-NQS，我们称之为酉耦合RBM-NQS，在量子线路。这是一个至关重要的进步，因为所有先前的工作都只处理量子算法的实值RBM-NQS。通过这种新的方案，我们实现了（1）模拟复值波函数，（2）使用少至一个辅助量子比特来模拟RBM架构中的$M$隐藏自旋，以及（3）避免后选择以提高可扩展性。
2019-12-06 quant-ph
Autonomous Quantum Devices: When Are They Realizable without Additional Thermodynamic Costs?
量子热力学的资源理论是一个非常成功的理论，并在社区中产生了许多后续工作。它要求在系统、浴和催化剂上实现能量保存的单一操作，作为其范式的一部分。到目前为止，这种酉运算在理论上被认为是一种“免费”资源。然而，这只是一个必然不精确的过程的理想化。在这里，我们包括一个附加的辅助控制系统，它可以通过打开或关闭交互来自主地实现一体化。然而，控制系统将不可避免地被退化的反作用所造成的实施幺正。我们推导出控制装置的质量条件，使热力学热力学定律不改变，并证明-利用一个好的量子时钟-量子力学的法律允许的逆反应足够小，使这些条件是可满足的。我们将非理想化控制纳入资源框架也提出了有趣的前景，这是考虑理想化控制时所缺乏的。其中，第三定律的出现不需要光锥的假设。我们的结果和框架统一了自治热机器与热力学量子资源理论的领域，并为所有量子处理设备与完全自治机器统一奠定了基础。
2023-03-09 math-ph math.MP quant-ph
Bipartite Quantum Interactions: Entangling and Information Processing Abilities
本论文的目的是推进量子信息处理任务背后的理论，通过推导基本限制的二分量子相互作用和动力学，这对应于一个潜在的哈密顿量，管理一个两体开放量子系统的物理变换。我们的目标是确定这种任意二分量子相互作用的纠缠能力。这样做提供了对信息处理任务的基本限制，包括在二分量子网络上的纠缠蒸馏和密钥生成。我们还讨论了与浴液弱相互作用的开放量子系统的熵变及其速率的限制。我们引入一个非么正性测度来刻画双随机量子过程与无噪声演化的偏离。接下来，我们将介绍信息处理任务的安全读出的数字信息编码在只读存储器设备对不同能力的对手。读取存储器设备的任务涉及识别处于已知状态的探针系统与存储器设备之间的交互过程。从本质上讲，信息存储在通道的选择中，这些通道通常是有噪声的量子过程，并且是从公开已知的集合中选择的。因此，安全地读取存储器设备以对抗对手的仔细检查变得相关。特别是，对于一个安全的读出任务称为私人阅读时，读者是一个被动的窃听者的监视下，我们已经确定了其性能的上限。我们这样做是利用这样一个事实，即存储在存储设备中的数字信息的私人读取可以被理解为通过一种特定的二分量子相互作用的密钥协议。
2019-01-17 cs.IT math-ph math.IT
Theory and Experimental Demonstration of Wigner Tomography of Unknown Unitary Quantum Gates
本文提出一种将Wigner层析成像扩展到未知酉量子过程的通用协议，结合实验与经典后处理算法重构未知过程，并在IBM量子设备上实验验证，同时提供校准电路以量化误差。
2024-12-18 quant-ph
Minimum optical depth multiport interferometers for approximating arbitrary unitary operations and pure states
本文通过数值模拟证明，在任意维度d下，仅需三层d维傅里叶变换和三层可配置移相器即可高保真制备纯态，而d+1层傅里叶变换和d+2层移相器可实现任意酉操作，为多芯光纤集成多端口干涉仪的应用提供了理论依据。
2025-06-02 quant-ph
Beyond Superconductivity
我们提出了一种新的设备的概念，利用迷人的过渡制度之间的量子力学和经典物理。该器件通过使用少量的单个量子力学坍缩事件来中断由波包表示的量子态的幺正演化来操作。这些器件超越了薛定谔方程给出的量子力学幺正演化和经典哈密顿物理的约束，表现出令人惊讶的行为。
2020-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Engineering Cross Resonance Interaction in Multi-modal Quantum Circuits
现有的可扩展超导量子处理器只有最近邻耦合。这导致减少的电路深度，需要大量的门在这样的系统中执行任意的酉操作。最近，多模态器件已被证明是小型量子处理器单元的有希望的候选者。在这样的电路中总是纵向耦合导致本机高保真多量子位门的实现。我们提出了一个架构，使用这样的设备作为构建模块的高度连接的较大的量子线路。为了演示这种块之间的量子操作，使用3D总线腔将标准transmon耦合到多模电路，从而在transmon和模式之一之间产生小的交换相互作用。我们研究了这种系统中的交叉共振相互作用，并表征了纠缠操作以及作为器件参数的函数的幺正缺陷和串扰。最后，我们调整交叉共振驱动器，以在此架构中实现多量子位门。
2019-12-23 quant-ph
Realistic simulation of quantum computation using unitary and measurement channels
量子算法的实现和实用性在很大程度上取决于量子处理器内操作的质量。因此，在量子计算仿真平台中包括真实的误差模型对于测试这些算法至关重要。量子信息处理设备的现有经典模拟技术表现出可扩展性（可以模拟的量子比特的数量）和准确性（模拟与目标误差模型的接近程度）之间的权衡。在本文中，我们介绍了一种新的模拟方法，它依赖于近似的密度矩阵演化由一个单一的随机和测量通道内的纯状态模拟环境。该模型示出了与最佳已知的随机方法相比在准确性方面至少一个数量级的改进，同时与精确的密度矩阵模拟相比允许模拟更大数量的量子比特。此外，我们使用这种方法来逼真地模拟格罗弗的算法和表面码17使用门集断层扫描表征的量子操作作为噪声模型。
2020-05-13 quant-ph
On unitary reconstruction of linear optical networks
线性光学元件是操纵光的经典态和量子态的关键仪器。集成量子光子技术的巨大进步使得能够在芯片上实现大量此类元件，同时提供干涉测量稳定性。作为权衡，这些结构面临表征其光学变换的固有挑战，因为单个光学元件不可直接访问。因此，酉变换需要从仅能够访问设备的输入和输出端口而生成的数据集重构。在这里，我们提出了一种新的方法，显着提高了现有的方法，单一的重建。我们比较其性能的几种方法，通过数值模拟网络多达14种模式。我们表明，我们的方法的一个适应版本允许恢复所有模式相关的损失，并在这种条件下获得最高的重建精度。
2016-10-07 physics.optics quant-ph
Quantum Simulation of Open Quantum Systems Using Density-Matrix Purification
在实际尺寸的系统中的电子结构和输运通常需要开放量子系统（OQS）处理，其中系统在环境的上下文中定义。由于OQS演化是非幺正的，因此在量子计算机上实现-仅限于幺正操作-是具有挑战性的。我们提出了一个一般的框架OQS系统的$d \times d$密度矩阵被重铸为一个$d^{2}$波函数，可以通过酉变换演变。该理论与传统方法相比具有两个显著的优点：（i）与$2n$-量子比特相比，波函数仅需要一个$n$ -量子比特，用于$n$ -量子比特系统;（ii）纯化包括任何纯态宇宙的动力学。我们证明了这种方法在一个两能级系统中的零温度振幅阻尼通道和一个两个网站的量子伊辛模型。量子模拟和实验器件的结果与经典计算一致，在模拟NISQ量子器件上的非幺正操作方面显示出希望。
2022-07-15 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Materials Beyond Hamiltonian Limits -- Quantum Measurement as a Resource for Material Design
Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体的研究所）
研究探讨了量子测量作为动力学元素的电子动力学基础，揭示了非递归单电子传输、新型磁性材料及超越卡诺极限的能量转换平台。
2026-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Quantum Seniority-based Subspace Expansion: Linear Combinations of Short-Circuit Unitary Transformations for the Electronic Structure Problem
Q-SENSE通过引入资深性算符作为人工对称性，减少VQE的电路深度限制，提高近期量子设备的计算效率。
2025-12-07 physics.chem-ph quant-ph
Dismagicker: Unitary Gate for Non-Stabilizerness Reduction
Key Laboratory of Artificial Structures and Quantum Control (Ministry of Education), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院人工结构与量子控制教育部重点实验室）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学李政道研究所）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本文提出dismagicker，一种非克利福德幺正门，用于降低量子多体态的非稳定化程度。通过结合非稳定化程度降低与克利福德电路的纠缠降低，显著提升了经典模拟和量子设备制备的准确性。
2026-04-05 cond-mat.str-el quant-ph
Optimizing High-Efficiency Quantum Memory with Quantum Machine Learning for Near-Term Quantum Devices
量子存储器是任何全球规模量子互联网、高性能量子网络和近期量子计算机的基础。量子存储器的一个主要问题是从量子存储器的量子寄存器中检索量子系统的效率低。在这里，我们定义了一种新的量子存储器称为高检索效率（HRE）量子存储器的近期量子设备。HRE量子存储器单元在其硬件级别上集成了局部酉操作以优化读出过程，并利用了量子机器学习的先进技术。我们定义了HRE量子存储器的集成酉操作，证明了学习过程，并评估了可实现的输出信噪比值。我们证明了HRE量子存储器的局部幺正以无监督的方式实现了读出过程的优化，而无需使用任何标记数据或训练序列。我们表明，HRE量子存储器的读出过程是实现在一个完全盲目的方式没有任何信息的输入量子系统或未知的量子操作的量子寄存器。我们评估了HRE量子存储器的检索效率和输出SNR（信噪比）。这一结果对于门模型量子计算机和量子互联网的近期量子器件的研究特别方便。
2020-03-11 cs.NI quant-ph
Machine learning of quantum channels on NISQ devices
提出一种神经网络算法，通过有效量子信道的重复作用逼近离散时间动力学，并在Lindblad动力学和ibmq_ehlingen量子处理器上验证其推断量子信道的能力，为未知物理动力学提供实用工具。
2024-11-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Microwave Quantum Memcapacitor Effect
本文提出一种由两个谐振器和超导量子干涉器件构成的微波量子忆容器，通过弱测量反馈实现稳定记忆，并展示二分体装置可保持记忆且产生纠缠，为神经形态量子计算中的可扩展量子存储阵列奠定基础。
2024-05-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Effect of noise on quantum circuit realization of non-Hermitian time crystals
本文研究了非厄米 Ising Floquet 模型在含噪声量子计算机上的实现，发现常见噪声会导致无限长寿命的时间晶体振荡消失，并通过 Qiskit 模拟与 ibmq-lima 实验验证了该结论。
2024-10-15 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Dual-unitary Circuits as a Platform for Quantum Reservoir Computing
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；School of Physics, Trinity College Dublin（都柏林三一学院物理学院）
本文提出利用砖墙架构中的双酉电路作为量子储层计算平台，数值验证其能增强记忆效应、非线性处理并抑制噪声，为含噪中等规模量子设备提供实用方案。
2026-09-10 cond-mat.dis-nn nlin.CD nlin.SI
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
Size-Consistent Quantum Chemistry on Quantum Computers
The University of Chicago（芝加哥大学）
本文通过模拟由增多非相互作用H₂分子组成的系统，评估了量子硬件上的尺寸一致性，发现当前量子设备在化学相关系统大小上能保持尺寸一致性，支持了强相关分子和材料的可扩展模拟可行性。
2025-12-20 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
