Additive Classical Capacity of Quantum Channels Assisted by Noisy Entanglement
本文给出了在有噪声的量子信道中经典信息传输的容量公式，该信道由发送方进行可分离编码，接收方的预共享辅助信道提供有限的资源.而不是一个纯粹的状态，我们认为在一个混合的状态，纯化的“证人”的信号辅助对。因此，信号-见证相关限制了从信号-辅助相关可用的资源。我们的公式表征了不同形式的资源，包括嘈杂或有限的纠缠援助，经典通信的效用。在可分离编码的情况下，发送方的信号在多个信道使用中仍然允许纠缠，但我们的容量公式是可加的。特别地，对于广义协变信道，我们的容量公式具有简单的封闭形式。此外，我们的可加性容量公式上限的一般相干攻击的信息增益在各种双向量子密钥分发协议。对于高斯协议，公式的可加性表明集体高斯攻击是最强大的。
2017-05-19 quant-ph
Achieving metrological limits using ancilla-free quantum error-correcting codes
该研究针对含噪声子计量中现有QEC码依赖无噪声辅助比特的难题，构造两种多探针QEC码（含可忽略辅助比特型与无辅助比特型），在马尔可夫噪声哈密顿量估计下可分别实现海森堡极限与标准量子极限的最优渐近系数。
2024-04-14 quant-ph
Classical simulation of fermionic linear optics augmented with noisy ancillas
费米子线性光学是一种量子计算模型，可以在经典概率计算机上有效地模拟。研究了含噪声辅助态的费米子线性光学的经典模拟问题。如果辅助态可以表示为纯费米高斯态的凸组合，则相应的计算方案是经典可模拟的。在第一种非平凡情况下，我们给出了凸高斯态的解析刻画，其中辅助态的希尔伯特空间是一个四模Fock空间。我们利用我们的结果解决了De Melo等人最近提出的一个公开问题，并详细研究了凸高斯态集的几何性质。
2014-06-06 math-ph math.MP quant-ph
The Power of Noisy Fermionic Quantum Computation
我们考虑通过编织马约拉纳费米子，辅以无保护的准备嘈杂的ANCILLAE实现通用的量子计算。Bravyi [Phys.Rev.A73，042313（2006）]已经证明，在完美编织操作的假设下，如果特定的4-费米子附属物上的噪声率低于40%，则通用量子计算是可能的。我们表明，超过89%的噪声率在这个辅助量子计算可以有效地模拟经典：我们明确表明，噪声辅助是一个凸混合高斯费米子状态在这个区域，而噪声率低于53%，我们证明，该状态不是高斯状态的混合。这些结果是通过将纠缠理论中的概念推广到高斯态及其凸混合态的情形而得到的。特别是，我们开发了一套完整的标准，即存在一个高斯对称扩展，这决定了一个状态是否是一个凸混合高斯状态。
2013-04-15 cond-mat.str-el quant-ph
Numerical simulation of information recovery in quantum computers
退相干是量子计算机建成之前需要解决的主要问题。为了控制退相干，可以使用纠错方法，但这些方法本身就是有噪声的量子计算过程。在这项工作中，我们研究了Steane和Shor的容错恢复方法的能力，以及Steane的辅助网络的修改，以纠正量子比特中的错误。我们测试一种方法来正确地测量这些方法的辅助的保真度，并通过一个嘈杂的量子信道，即使使用嘈杂的纠错方法进行有效的纠错的可能性。
2002-07-11 quant-ph
Work Extraction from Classically Correlated States in Noisy Quantum Channels with Memory
本研究利用daemonic ergotropy框架，证明带记忆的局部非幺正噪声（如振幅阻尼信道）能诱导量子关联并显著放大可提取功，将非幺正噪声转化为量子协议中的热力学资源。
2025-06-01 quant-ph
Noisy Quantum Computation Modeled by Quantum Walk: Universality without Ancillas
Childs基于量子行走的通用量子计算模型为研究量子计算的局限性和优点以及中期模拟打开了大门。近年来，人们对噪声中尺度量子计算机（NISQ）的兴趣日益增长，这导致人们致力于理解开放量子系统的计算优势。在这项工作中，我们将量子行走模型扩展到开放噪声系统，以便为NISQ计算机的研究提供这样一个工具。我们的方法不使用显式纯化，并允许忽略环境的自由度，并获得一个更有效的实现（线性，而不是在运行时的指数），它不采用任何辅助，因此提供了直接访问系统的纠缠特性。在我们的方案中，量子行走振幅代表的密度矩阵的元素，而不是一个纯态的波函数。尽管在这种情况下的规范化要求的非平凡的表现，我们建模的一般酉门和非酉通道的应用程序，与一个明确的实施协议的信道中常用的噪声模型。
2022-02-07 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Entanglement-enhanced quantum metrology in a noisy environment
量子精密测量克服了标准的精度限制，在科学技术中发挥着核心作用。实际上，它容易受到诸如退相干之类的缺陷的影响。在这里，我们证明了量子精密测量的噪声信道，使纠缠与辅助量子比特增强相位估计的量子费舍尔信息，但不是其他。我们的光子实验涵盖了各种类型的信道的噪声范围，包括两个随机交替的信道，使得每个噪声信道的辅助纠缠分别失败。我们已经模拟了噪声信道实现空间复用的双量子光子输入干涉仪。我们已经证明了纠缠辅助协议的优势，在相位估计实验中运行的单探针或多探针的方法。这些结果表明，与附属纠缠是一种有价值的方法，提供量子增强计量。我们的新方法，通过一个简单的线性光学干涉网络与易于准备的光子输入的纠缠辅助量子精密测量提供了一条通往实用的量子精密测量。
2018-01-29 quant-ph
Subsystem Quantum Error Correction for Noisy Quantum Metrology
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）
提出子系统纠错简化噪声量子计量协议，通过无综合征协议用最多一个辅助量子比特实现海森堡极限，并扩展至动态纠错。
2026-06-19 quant-ph
Noisy intermediate-scale quantum computation with a complete graph of superconducting qubits: Beyond the single-excitation subspace
目前有一个巨大的兴趣，在开发实际应用的NISQ处理器没有所需的全面纠错的开销。量子信息处理在门模型中尤其具有挑战性，因为随着问题大小和电路深度的增长，算法很快就会失去保真度。这导致了一些非门模型的方法，如模拟量子模拟和量子退火。这些方法具有特定的硬件要求，通常不同于基于通用门的量子计算机。我们之前已经提出了一种称为单激发子空间（SES）方法的非门模型方法，该方法需要超导量子位的完整图。与任何缺乏纠错的方法一样，SES方法不可扩展，但它通常会导致具有恒定深度的算法，使其在各种应用中优于门模型。SES方法的一个挑战是，它需要计算机希尔伯特空间中的每个基态都有一个物理量子位。这对使用辅助量子位寄存器的算法施加了巨大的资源成本，因为每个辅助量子位将使所需的图形大小加倍。在这里，我们将展示如何绕过这个加倍离开SES和重新引入一个张量积结构的计算子空间。具体地说，我们实现了SES寄存器的张量积，该寄存器保存“数据”和一个或多个辅助量子位。这实现了量子计算的混合形式，其中对数据执行快速SES操作，对辅助器件执行传统逻辑门和测量，并且受控幺正在其间起作用。作为一个应用程序，我们给出了一个SES实现的量子线性系统求解器的哈罗，Hassidim和劳埃德。
2020-02-01 quant-ph
Protocol for Purifying Noisy Preparation and Measurements of Qubits
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Aalborg University（奥尔堡大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（瓦尔特·迈斯纳研究所，巴伐利亚科学院）
本文提出一种净化噪声SPAM的协议，通过重复噪声SPAM来提纯无误差的SPAM，有效降低误差率至极低水平，适用于量子信息处理中的关键任务。
2026-06-27 quant-ph
Noise-dependent optimal strategies for quantum metrology
我们表明，对于一些嘈杂的信道，最佳的纠缠辅助策略取决于噪声水平。我们注意到，平行纠缠策略和辅助策略之间存在非平凡的交叉--在前者中，探针都纠缠在一起，在后者中，探针与无噪音的辅助策略纠缠在一起，但不是在它们之间。这种转变可以通过以下事实来解释：可分离状态对噪声更具鲁棒性，因此在高噪声限制下是最佳的，但它们又被辅助状态所超越。
2018-02-15 quant-ph
Optimal Control of thermally noisy quantum gates in a multilevel system
The Institute of Chemistry, The Hebrew University of Jerusalem（希伯来大学化学研究所）；Holon Academic Institute of Technology（霍隆理工学院）
应用最优控制理论在热力学一致框架下设计高保真量子门，通过调控驱动场与环境相互作用，实现噪声环境下的鲁棒门操作。
2026-07-14 quant-ph
An Improved QFT-Based Quantum Comparator and Extended Modular Arithmetic Using One Ancilla Qubit
本文提出一种基于QFT的量子-经典比较器，并扩展至量子整数比较和模算术，仅需一个辅助量子比特，优化资源，适用于NISQ计算机。
2023-05-16 quant-ph
SQUARE: Strategic Quantum Ancilla Reuse for Modular Quantum Programs via Cost-Effective Uncomputation
将高级量子程序编译到大小受限（即有限数量的量子比特）和时间受限（即有限数量的量子操作）的机器上是具有挑战性的。在本文中，我们介绍了SQUARE（战略量子辅助重用），这是一种编译基础设施，可以解决模块化量子程序中临时量子位（称为辅助）的分配和回收问题。在其核心，SQUARE战略性地执行非计算，为量子位重用创造机会。当前的噪声中尺度量子（NISQ）计算机和前瞻性容错（FT）量子计算机具有根本不同的约束，例如数据局部性、指令并行性和通信开销。我们的基于并行的辅助重用算法平衡了这些考虑，并将计算适合于资源受限的NISQ或FT量子机，在必要时限制并行性。为了准确地捕捉程序的工作量，我们提出了一个改进的度量标准，“活跃量子体积”，并使用这个度量标准来评估我们的算法的有效性。我们的研究结果表明，SQUARE将NISQ应用程序的平均成功率提高了1.47倍。令人惊讶的是，用于非计算的额外门创建了具有更好局部性的辅助，并导致了显著更少的交换门和更少的门噪声。SQUARE还实现了FT机器的活动量子体积平均减少1.5倍（最多9.6倍）。
2020-06-25 quant-ph
Variational Quantum Machine Learning with Quantum Error Detection
Data61, CSIRO（CSIRO数据61）；School of Physics, The University of Melbourne（墨尔本大学物理学院）
本研究探讨了在量子硬件上实现变分量子机器学习时，使用量子错误校正码对误差检测的影响，发现需在特定阈值内控制辅助量子比特错误率以提高模型精度。
2025-04-09 quant-ph
Protecting Quantum Information with Entanglement and Noisy Optical Modes
我们结合主动和被动量子纠错技术来保护一组连续变量量子信息系统的光信息模式。我们的方法使用辅助模式，纠缠模式和规范模式（混合状态的模式），以帮助纠正一组信息模式的错误。由离线挤压器、无源光学器件、前馈控制、条件调制和零差测量组成的线性光学编码电路执行编码。其结果是，我们扩展了纠缠辅助算子稳定器形式主义的离散变量连续变量量子信息处理。
2008-07-23 quant-ph
Symmetric channel verification for purifying noisy quantum channels
本文提出利用量子信道固有对称性的对称信道验证（SCV）协议，以检测并纠正破缺对称噪声，并给出仅需单量子比特辅助比特的硬件高效实现。
2025-10-20 quant-ph
State Preparation on Quantum Computers via Quantum Steering
提出一种基于测量诱导导引的量子状态制备方法，通过辅助量子比特的纠缠、测量与主动重置，将系统量子比特导引至目标状态，并验证了其在NISQ及未来纠错码中的关键价值。
2023-10-09 quant-ph
A minimum control ancilla driven quantum computation scheme with repeat-until-success style gate generation
一些两个量子比特的相互作用对于通用量子计算来说是足够的，但如果不使用辅助系统就不行。最近的通用量子计算方案集中在使用辅助的混合物理系统上。在他们中，资源的应用转向了辅助系统。我们认为，2-量子位的相互作用是普遍的辅助计划，其中主寄存器量子位之间的直接连接是禁止的。通过使用辅助驱动操作和重复直到成功类型的随机门，单个固定对称门可以仅通过控制重复次数而通用。
2014-01-30 quant-ph
Efficient Preparation of Large Block Code Ancilla States for Fault-tolerant Quantum Computation
采用多量子比特大块码的容错量子计算（FTQC）方案可以在很大程度上降低资源开销。一个主要障碍是需要大量不同类型的干净辅助状态，每个块内部没有相关错误。这些辅助状态通常是数据代码块的逻辑稳定器状态，如果代码大小很大，则通常难以准备。在此之前，我们已经提出了一个辅助蒸馏协议的Calderbank-Shor-Steane（CSS）码的经典纠错码。假设蒸馏回路中的量子门是完美的;然而，在现实中，有噪声的量子门可能会引入协议无法处理的相关错误。在本文中，我们表明，通过另一个经典的错误检测码的额外的后选择可以应用到删除几乎所有的相关错误。因此，修订后的协议是完全容错的，并能够准备一个大的稳定器状态足够的FTQC使用大的块码。同时，在实践中，对于$[[n,k,d=2t+1]]$ CSS代码，成品率可以从$O(t^{-2})$提高到$O(1)$。通过蒙特卡罗模拟对$[[23,1,7]]$量子Golay码的辅助制备进行了详细的数值研究。结果支持的有效性的协议时，门故障率是合理的低。据我们所知，这种方法是第一次尝试准备一般大块稳定器状态的相关错误FTQC容错和有效的方式。
2018-03-22 quant-ph
Fault-Tolerant Operation of Bosonic Qubits with Discrete-Variable Ancillae
本文提出一种基于广义路径无关量子控制的混合容错框架，仅用色散耦合和分束器耦合即可为四腿猫态量子比特构造通用纠错器件，并通过级联外部编码展示了利用现有硬件实现容错量子计算的可行性。
2023-10-31 quant-ph
Machine Learning Catalysis of Quantum Tunneling
本研究利用机器学习优化系统与辅助量子比特的耦合参数，最大化量子隧穿概率，并通过双模系统示例验证了该方法在噪声环境下的鲁棒性。
2023-10-16 quant-ph
Fault-Tolerant Logical Operations and Efficient State Preparation in Modular Quantum Architectures with Noisy Interfaces
Welinq；Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, CNRS, ENS-Universite PSL, Collège de France（卡斯勒-布罗塞尔实验室，索邦大学，法国国家科学研究中心，巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学，法兰西学院）；LIP6, Sorbonne Université, CNRS（LIP6实验室，索邦大学，法国国家科学研究中心）
本文针对模块化量子架构，研究带噪声接口的容错逻辑操作，开发高效分布式容错逻辑GHZ态制备协议，为规模化容错量子计算提供定量依据。
2026-10-23 quant-ph
Computing n-time correlation functions without ancilla qubits
RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS)（RIKEN跨学科理论与数学科学中心）；RIKEN Center for Computational Science (R-CCS)（RIKEN计算科学中心）；Center on Frontiers of Computing Studies, Peking University（北京大学前沿交叉学科研究院）；School of Computer Science, Peking University（北京大学计算机学院）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）
本文提出无需辅助量子比特计算n时间关联函数的方法，通过仅使用系统量子比特的幺正演算，降低了硬件要求并提高了模拟平台的实用性。
2025-12-28 quant-ph
High-performance repetition cat code using fast noisy operations
本文针对重复 cat 码提出利用快速含噪 CNOT 与快速辅助量子比特进行稳定子测量的优化，提高物理损耗比阈值并降低阈值下逻辑纠错开销。
2023-12-11 quant-ph
Quantum Gates on Individually-Addressed Atomic Qubits Subject to Noisy Transverse Motion
单个捕获的原子量子位代表了最有前途的量子计算机技术之一，因为它们的空闲误差可以忽略不计，并且能够通过聚焦光场实现全套可重构门操作。然而，量子门操作的保真度会受到横向于激光的原子的弱约束的限制。我们目前的测量这种效果，通过执行单独寻址纠缠门链中的最多25个被困的原子离子，弱限制沿链轴。我们提出了一个模型，准确地描述了所观察到的退相干从由嘈杂的电场引起的离子的残余加热。我们建议通过使用散布在链中的辅助离子来同情地冷却整个量子线路中的量子比特离子来抑制这些效应。
2020-07-14 quant-ph
Purification and correction of quantum channels by commutation-derived quantum filters
本文提出基于交换子导出的量子滤波器，结合QEM与QEC思想，通过辅助量子比特显式校正Clifford电路噪声，并实现指数级误差降低，为可扩展量子误差抑制提供新工具。
2025-10-07 quant-ph
Ancilla-Driven Universal Quantum Computation
我们提出了一种远程操纵量子寄存器的方法，借助一个辅助设备来控制寄存器的演化。完全受控的辅助量子位仅通过固定的酉双量子位相互作用E耦合到计算寄存器，然后在合适的基础上进行测量。我们描述了所有的相互作用E，诱导一个单一的，逐步确定性的测量反作用的寄存器足以实现任何任意的量子信道。我们的计划提供了显着的实验优势，实施计算，准备状态和执行广义测量，因为不需要直接控制的寄存器。
2009-11-19 quant-ph
Entanglement Dynamics between Ising Spins and a Central Ancilla
我们研究了耦合到外部中心辅助量子点的开放伊辛自旋链中的竞争纠缠动力学。在研究非纠缠自旋辅助态猝灭后的实时行为时，我们发现辅助纠缠熵$S_{vN;\mathcal{A}}$跟踪了底层自旋系统的动态相变.在这种复合设置中，纯粹的自旋-自旋纠缠度量，如互信息和量子费舍尔信息（QFI）衰减的辅助纠缠熵的增长。我们定义多体纠缠损失（MEL）作为集体磁涨落和QFI之间的差异，这是在纯自旋链极限为零。MEL直接量化了辅助粒子对自旋-自旋纠缠发展的影响。我们的中心结果之一是$MEL(t) \propto e^{S_{vN;\mathcal{A}}(t)}$。我们的研究结果提供了一个平台，探索复合系统纠缠动力学，并建议MEL作为一个定量估计的信息熵之间共享的集体自旋和辅助量子点。我们的结果提出了一个新的框架，连接物理自旋涨落，QFI，和集体量子系统之间的二分纠缠熵。
2021-11-04 quant-ph
Interplay between time and energy in bosonic noisy quantum metrology
本文将能量与时间同时视为资源，研究了玻色噪声量子计量学中两者的非平凡相互作用，推导了精度界限并给出了最优时间分配方案，发现在多数情况下无需自适应或辅助纠缠即可达最优，且快速制备并测量 Fock 态在温度估计中优于经典策略。
2025-05-20 quant-ph
Entanglement-enhanced optimal quantum metrology
本文提出一种利用纠缠和辅助系统优化耦合的量子最优控制方案，以在马尔可夫噪声下增强量子计量灵敏度，比较分析表明其优于非纠缠方案，并在特定噪声场景下显著提升性能。
2024-11-06 quant-ph
Optimal and robust error filtration for quantum information processing
本文优化量子错误过滤中的纠缠酉门，并在噪声、串扰及多辅助比特条件下验证其可优于 SQEM，提升量子信息保护的有效性与鲁棒性。
2025-10-21 quant-ph
Bell inequality violation on small NISQ computers
提出了利用噪声中间尺度量子（NISQ）器件证明违反贝尔不等式的量子计算实验。它们包括在几个量子位计算机上运行指定的量子算法。如果这样的设备确保纠缠并执行单次测量，则可以避免检测漏洞。四个简洁的量子线路决定的期望值的相关可观的两个量子比特系统。可以在这些电路中添加辅助量子比特，最终只测量辅助量子比特以获得相关信息。对于一个四量子位NISQ计算机，两个算法产生相同的平均值，但也保证随机选择的观察，开发。因此，避免了选择自由的漏洞。包括额外的附属物将测量次数减少了一次，因为在这种情况下仅需要测量附属物。注意，这些方法，使用NISQ设备，本质上是量子力学的。在目前的NISQ系统中，不能排除局部漏洞。给出了在量子线QX模拟器上的模拟结果。贝尔不等式确实被发现是违反的，即使一些额外的噪声包括通过去极化信道误差模型。这些算法也已经在IBM Q Experience上实现。这些量子计算的结果支持各种标准偏差对贝尔不等式的违反。
2020-09-01 quant-ph
Thermodynamics of ancilla-assisted erasure of quantum information
本文研究由热量子比特和纯辅助量子比特构成储库时，仅用CNOT门擦除量子比特任意状态的信道热力学，指出其可在阈值温度以上超越Landauer极限，但并非违反该原理。
2025-05-12 quant-ph
Prospect of using Grover's search in the noisy-intermediate-scale quantum-computer era
为了了解Grover搜索算法在存在量子计算机噪声的情况下对大型非结构化数据的利用范围，我们通过施加各种类型的噪声进行了一系列模拟，由IBM QISKit建模。我们应用三种形式的Grover算法：（1）标准算法，具有4-10个量子位，（2）最近发表的修改的Grover算法，设置为减少电路深度，以及（3）（1）和（2）中的算法，通过添加辅助量子位修改多控制Toffoli。基于这些模拟，我们找到了这些情况下的噪声上限，建立其依赖于电路的量子深度，并提供它们之间的比较。通过拟合阈值的外推，我们预测了当应用Grover算法在大到32000的数据集中搜索数据时，典型的门误差界限是什么。
2020-09-18 quant-ph
A quantum game of telephone
Purdue University（普渡大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Joint Quantum Institute and University of Maryland（联合量子研究所与马里兰大学）；DEVCOM US Army Research Laboratory（美陆军研究与发展司令部美国陆军研究实验室）；Tulane University（杜兰大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
针对多节点量子网络表征的实验挑战，提出量子传话协议，该协议利用中间探测事件并结合全局推断解决通道模糊性，无需严格满秩要求，为表征复杂量子网络提供高效途径。
2026-08-05 quant-ph
Twisted graph states for ancilla-driven quantum computation
我们引入了一种新的量子计算范式，称为Ancilla驱动的量子计算（ADQC），它结合了量子线路和单向模型的各个方面，以克服构建大规模量子计算机中的挑战性问题。ADQC不是直接操纵每个量子位来执行通用量子逻辑门或测量，而是使用固定的两量子位相互作用将量子计算机的存储器寄存器耦合到辅助量子位。通过测量辅助，系统上的测量引起的反作用执行期望的逻辑运算。通过要求辅助系统量子比特相互作用应该导致单一和逐步确定性演化，并且应该可以简化计算，即在开始时应用所有全局操作，我们能够对可用于ADQC的相互作用设置条件。我们证明了只有两个这样的类的相互作用，其特征在于在非本地部分的相互作用算子。这导致了一个新的纠缠资源的定义称为扭曲的图形状态产生的非交换运营商。ADQC模型是在类似于测量演算的代数框架中形式化的。此外，我们提出了扭曲图状态的因果流的概念，基于稳定器的形式主义，来反驳决定论。最后，我们展示了ADQC与单向和电路模型之间的组合嵌入，这将使我们能够将最近开发的基于测量的量子计算的理论和工具包直接转移到ADQC中。
2009-11-24 quant-ph
Efficient Quantum Simulation of Open Quantum System Dynamics on Noisy Quantum Computers
本文提出一种利用NISQ设备固有门错误模拟开放量子系统动力学的新方案，无需辅助量子比特或显式浴工程，在IBM-Q上高效模拟光合二聚体能量转移，为NISQ时代量子优势提供新方向。
2021-09-10 quant-ph
Noisy simulations of Quantum Walk and Quantum Walk search via Quantum Cellular Automata on a semiconducting spin processor emulator
Aix Marseille Univ, CNRS, LIS（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，信息系统实验室）
本文通过量子单元自动机在半导体自旋处理器模拟器上实现量子漫步和搜索算法的噪声模拟，并展示了其在NISQ时代的应用潜力。
2025-12-11 quant-ph
Ancilla-Assisted Protection of Information: Application to Atom-Cavity Systems
提出一种利用光子辅助系统将信息转移至无退相干子空间并恢复的协议，实现光学腔原子系统中量子信息与纠缠的完全保护。
2023-11-13 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Practical Quantum Metrology in Noisy Environments
研究了在单位相位协变噪声存在的情况下，利用有限资源，利用二能级探针估计未知相位$ φ$的问题。我们介绍了一个简单的模型，其中的相位印迹操作的探针是通过一个随机采样生成器的幺正变换实现的。我们确定的顺序估计协议中的最佳相位灵敏度，并推导出一个一般的（紧拟合）下限。灵敏度随着相位印记操作的应用次数$ N $成二次方增长，然后在某个$ N_\text{opt} $处达到最大值，并最终衰减到零。我们根据噪声的可访问几何属性提供了对$ N_\text{opt} $的估计，并说明了其作为优化估计协议的指南的有用性。还考虑了使用无源辅助元件和纠缠探针并行以提高相位灵敏度。我们发现，多探针纠缠可能不会提供任何实际的优势，单探针相干性，如果在输出端的询问仅限于测量本地可观的。
2016-10-04 quant-ph
Transversal Injection: A method for direct encoding of ancilla states for non-Clifford gates using stabiliser codes
容错、纠错的量子计算通常被认为是实现大规模量子算法的关键，这些算法可能会带来极具影响力的科学或商业结果。在容错纠错框架中实现一组通用的量子门操作会受到“不愉快守恒”的影响。一般来说，无论采用什么纠错技术，通用门集合中总是有一个元素携带显著的资源开销-无论是物理量子位，计算时间，还是两者。具体来说，这是由于非Clifford门的应用。一个常见的方法来实现这些门的稳定器代码，如表面码是一个组合的三个协议：状态注入，蒸馏和门隐形传态。这些协议与逻辑运算（如CNOT门）相比会增加资源开销，并为任何纠错量子算法提供量子位资源。在本文中，我们介绍了一个非常简单的协议，以潜在地减少这种开销的非克利福德门：transmittance注入。横向注入在标准编码之前修改稳定器代码中所有数据量子位的初始物理状态，并导致直接准备一大类单量子位状态，包括非克利福德逻辑门的资源状态。初步结果表明，在更大的距离高质量的结晶，并激励对这项技术的进一步研究。
2022-11-22 quant-ph
Simulating the Dynamics of Markovian Quantum Processes by Quantum Collision Models on Quantum Computers
RIKEN Center for Computational Science（理化学研究所计算科学中心）；Q-CTRL；RIKEN Center for Quantum Computing（理化学研究所量子计算中心）；RIKEN Pioneering Research Institute（理化学研究所先导研究本部）；RIKEN Center for Emergent Matter Science（理化学研究所新兴物质科学中心）
针对量子计算机实现非酉演化困难的问题，采用量子碰撞模型，在离子阱和超导量子计算机上实验模拟了具有局域和非局域耗散的马尔可夫量子过程，实现了最多7个系统量子比特、40个时间步的模拟，并发现最优实现策略强烈依赖于硬件特性。
2026-06-29 quant-ph
Gate-Based Quantum Simulation of Finite-Temperature Open-System Dynamics: A Post-Processing Reconstruction Approach for Collision Models
Faculty of Engineering, University of Yamanashi（山梨大学工学部）
本文提出一种后处理重构方法，利用纯辅助量子比特模拟有限温度开放系统动力学，避免热态制备开销，适用于$U(1)$对称碰撞模型，可重用数据于不同温度。
2026-10-06 quant-ph
Minimizing estimation runtime on noisy quantum computers
混合量子经典算法，如变分量子本征求解器（VQE）所需的测量数量对于许多具有实用价值的问题是过高的。对于这样的问题，实现量子优势将需要显著降低这种成本的方法。降低测量成本的先前量子算法（例如，量子幅度和相位估计）需要对于近期实现来说太低的错误率。在这里，我们提出的方法，利用可用的量子相干性，以最大限度地提高噪声量子设备上的采样功率，减少测量数量和运行时间相比，标准的采样方法的变分量子本征求解器（VQE）。我们的方案从量子精密测量、相位估计和最近的“alpha-VQE”方案中获得灵感，得到了一个对错误鲁棒且不需要辅助量子位的一般公式。这种方法的中心目标是我们所说的“工程似然函数”（ELF），用于执行贝叶斯推断。我们展示了ELF形式主义如何提高采样中的信息增益率，因为物理硬件从嘈杂的中间尺度量子计算机的状态过渡到量子纠错的状态。这项技术加速了许多量子算法的核心组件，其应用包括化学，材料，金融等。与VQE类似，我们预计小规模的实现将在今天的量子设备上实现。
2021-03-20 quant-ph
Learning to Restore Heisenberg Limit in Noisy Quantum Sensing via Quantum Digital Twin
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）；Lenovo Research（联想研究院）
本文提出量子数字孪生协议，通过强化学习实现噪声环境下的自适应补偿控制，从而恢复量子传感的海森堡极限。
2025-11-21 quant-ph
Supervised Machine Learning for Predicting Open Quantum System Dynamics and Detecting Non-Markovian Memory Effects
提出一种仅依赖局部辅助量子比特测量的监督机器学习框架，通过前馈神经网络预测开放量子系统动力学，并以归一化复兴分数检测非马尔可夫记忆效应。
2025-09-26 quant-ph
Entanglement Detection for Two-Qubit and Three-Qubit Pure States via Unitary Transformations and Ancilla State Measurements
School of Science, Zhejiang University of Science and Technology（浙江科技大学理学院）；School of Mathematical Science, Capital Normal University（首都师范大学数学科学学院）
本文针对量子纠缠检测问题，基于酉变换和辅助测量提出量子电路方案，可直接测量两体并发度和三体3 - 缠结纠缠度量，无需全量子态层析成像，为纠缠特性实验表征及多体纠缠资源应用奠定基础。
2026-07-17 quant-ph
Dual-state purification for practical quantum error mitigation
量子误差抑制对于在有限量子比特的噪声量子计算机上进行计算至关重要。在本文中，我们提出了一个实用的协议，通过虚拟纯化的量子态没有量子比特开销或只需要一个辅助量子比特的错误缓解。在双态纯化中，我们分别利用带噪声的量子线路及其逆线路的对偶映射制备错误态及其对偶态，有效地产生保真度增加的纯化态.结合层析纯化，我们可以确保从纯状态获得可观察值的最终估计。数值计算结果表明，该方案通过一个随量子比特数和电路深度而减小的重标度因子来减小误差，即对于较大的电路，净化性能更好。在云量子计算机上，我们成功地证明了减少的误差与量子变分本征解算器电路。
2021-05-04 quant-ph
Symmetry-Checking in Band Structure Calculations on a Noisy Quantum Computer
The University of Melbourne（墨尔本大学）；CSIRO（联邦科学与工业研究组织）
本研究提出了一种在噪声量子计算机上识别双层石墨烯带结构交叉点对称性的方法，通过特征检查量子电路和去极化噪声模型评估其鲁棒性。
2025-06-25 quant-ph
Homomorphic Logical Measurements
Shor和Steane-ancilla是两种著名的容错逻辑测量方法，它们在小码及其级联上取得了成功。然而，在大型量子低密度奇偶校验（LDPC）码上，Shor和Steane测量分别具有不切实际的时间和空间开销。在这项工作中，我们扩大了选择的辅助码统一肖尔和Steane测量到一个单一的框架，称为同态测量。对于任何Calderbank-Shor-Steane（CSS）代码与适当的辅助代码，可以避免重复的测量或复杂的辅助状态准备程序，如蒸馏，克服了Shor和Steane方法的困难。作为一个例子，我们利用覆盖空间的理论来构造任意$X$ -或$Z$ -类型的逻辑Pauli算子一般表面码上的同态测量协议，包括环面码和双曲表面码。传统的表面码解码器，如最小权完美匹配，可以直接应用到我们的建设。
2022-11-08 quant-ph
Estimation of Nonlinear Physical Quantities By Measuring Ancillas
针对给定量子态$ρ$的冯·诺依曼熵和雷尼熵估计问题，本文提出仅需$ρ$拷贝、通过测量少量辅助量子比特的量子算法，在非整数阶雷尼熵估计的样本复杂度和误差容限上较现有方法实现近2的幂次提升。
2025-02-11 quant-ph
Ancilla-Error-Transparent Controlled Beam Splitter Gate
Palacký University（帕拉茨基大学）；Yale Quantum Institute（耶鲁量子研究所）；Yale University（耶鲁大学）
本文提出利用Kerr-猫量子比特实现受控光束分裂器门，该门可用于构建非门交换门，具有高保真度和对主导误差的透明性。
2022-01-10 quant-ph
