New Hardness Results for the Permanent Using Linear Optics
2011年，Aaronson给出了一个基于量子线性光学的惊人证明，表明计算矩阵的积和式的问题是#P-hard的。Aaronson的证明自然导致了对恒量的近似结果的困难，并且可以说它比Valiant在1979年对同一事实的开创性证明更简单。然而，它并没有证明计算永久式对于任何以前不知道的矩阵类都是P-困难的。在本文中，我们提出了一个新的结果，主要是来自通过这些线性光学技术的矩阵永久。首先，我们证明了计算实正交矩阵的积和式的问题是P-困难的。就像Aaronson的原始证明一样，这将表明即使是乘法近似仍然是#P-难以计算的。硬度结果甚至转化为有限域上的积和式，其中计算正交矩阵的积和式的问题在有限域F_{p^4}中对于所有不等于2或3的素数p是Modpp-困难的。有趣的是，这个特征是紧密的：在特征2的域中，积和行列式重合;在特征3的域中，可以通过Kogan的一个非平凡结果有效地计算正交矩阵的积和。最后，我们用更初等的论证证明了半正定矩阵的积和式的P-困难性，这表明尽管经典计算机可以有效地对热态玻色子抽样实验的某些概率进行抽样，但它们很难精确计算.
2018-02-28 cs.CC quant-ph
Quantum sampling in hybrid light-matter systems with mixed statistics
Paderborn University（帕德博恩大学）；University of Arizona（亚利桑那大学）
该研究结合费米子与玻色采样，提出杂化光-物质系统的混合统计量子采样网络，证明其贡献与行列式、积和式线性无关，可用于超越纯费米/玻色采样的量子应用，拓展了量子采样器功能。
2026-08-27 math-ph math.MP quant-ph
Permanent of random matrices from representation theory: moments, numerics, concentration, and comments on hardness of boson-sampling
计算随机矩阵的积和式的分布一直是一个悬而未决的问题。在量子计算中，这种分布的“反集中”是一个未经证实的输入，用于证明玻色子采样任务的难度。我们研究随机独立同分布的积和。复高斯矩阵，更广泛地说，随机酉矩阵的子矩阵。使用混合表示理论和组合的方法，我们证明了强下界的永久分布的所有时刻。我们提供了大量的证据表明，我们的界限接近紧，并构成准确的估计的时刻。设$U(d)^{k\times k}$为$d\times d$随机酉矩阵的$k\times k$子矩阵的分布，$G^{k\times k}$为$k\times k$复高斯矩阵的分布. (1)利用Schur-Weyl对偶（或Howe对偶），证明了当$M$由$U(d)^{k\times k}$或$G^{k\times k}$导出时，$|Perm(M)|$的$2t$阶矩的一个展开式. (2)我们证明了一个令人惊讶的尺寸矩对偶：随机$k\times k$矩阵的积和的$2t$阶矩等于$t\times t$矩阵的积和的$2k$阶矩. (3)设计了一种精确计算小矩阵积和式高阶矩的算法。(4)我们证明了下限任意时刻的永久性矩阵从$G^{ k\times k}$或$U(k)$，并推测，我们的下限接近饱和到一个小的乘法误差。(5)在假设条件下，我们首次利用大偏差理论计算了高斯矩阵对数积和分布的尾部。(6)我们认为，这是不可能的，永久分布可以唯一确定的整数时刻，…
2021-04-13 math.CO math.PR math.RT
The Complexity of Bipartite Gaussian Boson Sampling
高斯玻色子采样是光子量子计算的模型，其作为用于构建能够执行经典设备无法实现的任务的量子设备的平台而引起关注。因此，有显着的兴趣，从计算复杂性理论的角度来看，在巩固数学基础的硬度模拟这些设备。我们表明，在标准的反浓度和永久的高斯假设下，没有有效的经典算法从理想的高斯玻色子采样分布（甚至近似），除非多项式层次崩溃。硬度的证明在模式数与光子数成二次方的情况下成立，在这种情况下，硬度被广泛认为是成立的，但却没有确切的证据。证明的关键是一种新的方法，用于编程高斯玻色子采样设备，使输出概率与任意矩阵的子矩阵的积和成比例。这种技术是散点玻色子采样的推广，我们称之为BipartiteGBS。我们还朝着在模式比光子少二次方的情况下证明硬度的目标取得了进展（即，高碰撞区域），表明近似具有重复行/列的矩阵的积和式的能力赋予了近似没有重复的矩阵的积和式的能力。这足以证明GBS在恒定碰撞区域是困难的。
2022-11-11 cs.CC quant-ph
Gaussian Noise Sensitivity and BosonSampling
我们研究的敏感性噪声|永久（X）|^2，并证明了当噪声水平为ω（1）/n时，有噪和无噪结果之间的相关性渐近趋于零。这表明，在某些合理的噪声模型下，噪声玻色子采样产生的概率分布对噪声非常敏感。我们还表明，当噪声量是常数的噪声值|永久（X）|^2可以在经典计算机上有效地近似。这些结果似乎削弱了通过没有量子容错的玻色子采样来证明量子加速的可能性。
2014-11-08 cs.CC quant-ph
Permanents in linear optical networks
我们开发了一个抽象的线性光网络从组合学和持久的观点。特别是，我们表明，计算矩阵元素的酉变换光子多模状态是密切相关的永久的计算。这一显著事实的一个含义是，所有基于评估矩阵元素的计算通常在计算上是困难的。此外，量子力学提供了某些矩阵分析结果的更简单的推导，我们通过证明任何酉矩阵的永久式在复平面中的单位圆盘上取其值来验证这些结果。
2004-06-18 quant-ph
Experimental linear optical computing of the matrix permanent
热光线性光学计算（Thermal Light Linear Optical Computing，简称光热计算）是近年来研究的热点问题之一，因为热光线性光学计算问题涉及到Hermitian半正定矩阵（Positive Semi-definite Matrix，简称HPSM）的积和式，而HPSM在计算复杂性理论中具有重要意义。尽管有几个理论分析的计算结构的HPSM在连接到MEMS，实验演示和计算复杂性分析，通过线性光学系统还没有进行。我们目前，在这里，实验估计的HPSM的永久性的。从线性光学实验和理论分析中，我们发现对于乘性误差的计算效率依赖于积和式的值，计算时间的下界是指数级的.进一步地，我们的结果被推广并应用到酉矩阵的积和式的计算中，这可以用多端口量子干涉仪来实现，该干涉仪在输入端口处涉及单光子。我们发现，与单光子，永久性的估计，是平均效率低于最有效的经典算法已知的日期，即使在理想的条件下。
2019-04-14 quant-ph
A Benchmark Test of Boson Sampling on Tianhe-2 Supercomputer
玻色子采样，被认为是难以解决的经典，可以解决的量子机组成的只是产生，线性演化和检测的单光子。这种模拟量子计算机为这个特定问题提供了一条捷径，可以提高量子计算机的绝对计算能力，从而击败经典计算机。然而，经典计算机模拟玻色子采样的能力界限尚未确定。在这里，我们在天河二号超级计算机上模拟玻色子采样，天河二号超级计算机从2013年到2016年六次占据世界排名第一的位置。我们使用天河二号多达312，000个CPU核心计算了最大矩阵的永久性，并从目前最有效的永久计算算法推断天河二号性能的上限为每100分钟一个50光子样本。此外，我们发现两种永久计算算法之一存在精度问题。
2018-08-21 cs.DC quant-ph
Optical polaron formation in quantum systems with permanent dipoles
本文通过光学极化子变换建立含永久偶极矩量子系统的主方程，揭示多光子过程、光子边带及外驱下的可调退相干机制，并给出可实验测量的发射光谱特征。
2023-04-20 quant-ph
Polynomial computational complexity of matrix elements of finite-rank-generated single-particle operators in products of finite bosonic states
本文将有限秩矩阵积和式的多项式复杂度结果推广到大量相同有限玻色态乘积中的期望值计算，提出基于高斯平均的统一方法，同时适用于玻色子与费米子体系，并改进了费米子版本的多项式复杂度估计。
2023-05-29 cond-mat.mes-hall cs.CC quant-ph
The Effect of Permanent Dipoles on Dark States in Molecular Dimers
本文研究永久偶极对分子二聚体暗态的影响，发现激发态依赖的永久偶极可开启亮暗态间跃迁，并通过间接耦合形成局域化且对能级涨落更鲁棒的暗态，为光伏器件设计提供新思路。
2025-08-15 quant-ph
High performance Boson Sampling simulation via data-flow engines
Eötvös Loránd University（罗兰大学）；Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Polish Academy of Sciences（波兰科学院哥白尼天文学中心）；ACC Cyfronet, University of Science and Technology, Cracow（克拉科夫科学技术大学 ACC Cyfronet）；Systems Research Institute, Polish Academy of Sciences（波兰科学院系统研究所）；Wigner Research Centre for Physics of the Hungarian Academy of Sciences（匈牙利科学院维格纳物理研究中心）；Maxeler Technologies, a Groq company（Maxeler Technologies（Groq旗下公司））；Center for Theoretical Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院理论物理中心）；NASK National Research Institute（NASK国家研究所）
本文通过改进的永久性公式和FPGA数据流引擎，实现了高效模拟多达40个光子的玻色采样，展示了与理论估计一致的性能。
2023-09-17 quant-ph
Quantum-inspired permanent identities
永久式是复杂性理论和组合学的关键。在量子计算中，永久量出现在线性光学计算的输出振幅的表达式中，例如在玻色子采样模型中。利用这种联系，我们给出了许多现有的以及新的显着的永久身份量子启发的证明。最值得注意的是，我们给出了一个量子启发的麦克马洪主定理的证明，以及证明这个定理的新的推广。这个定理以前的证明使用了完全不同的思想。除了它们的纯粹的组合应用，我们的结果表明，经典的硬度精确和近似采样的线性光量子计算与输入猫状态。
2022-12-10 math.CO quant-ph
A quantum-inspired algorithm for estimating the permanent of positive semidefinite matrices
我们构建了一个量子启发的经典算法计算厄米半正定矩阵的永久，利用这些数学结构和玻色子采样模型之间的连接。具体地说，厄米半正定矩阵的积和式可以用随机变量的期望值来表示，该随机变量代表测量线性光学演化随机多模相干态时的特定光子计数概率。然后，我们的算法近似的矩阵永久从相应的样本均值，并示出运行在多项式时间的各种集的Hermitian半正定矩阵，实现了精度，提高了已知的技术。这项工作说明了量子光学如何有利于算法的发展。
2017-08-31 quant-ph
Bipartite Gaussian Boson Sampling for Hamiltonian Cycles in Directed Graphs
College of Computer Science and Technology, National University of Defense Technology（国防科技大学计算机学院）；College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology（国防科技大学前沿交叉学院）
提出基于二部高斯玻色采样的有向图启发式优化框架，通过永久偏置采样引导遗传算法解决有向哈密顿环问题，数值实验表明能提高成功率并找到更长有效路径。
2026-06-27 quant-ph
Multi-Boson Correlation Sampling with Multi-mode Thermal Sources
单玻色子源玻色子采样问题计算复杂度的确定为量子计算领域开辟了一个新的研究方向。一些研究工作也致力于使用不同的输入源，其中从线性干涉仪的输出分布进行采样仍然是经典设备无法实现的复杂任务。在这封信中，我们讨论了使用多模热源的基础上，广义的玻色子采样问题，依赖于时间相关测量。我们推导出，对于任何可能的样本，两个等价的配方为各自的多玻色子关联函数的矩阵永久项。从多玻色子干涉物理学中出现的这些不变量的性质在复杂性理论领域提出了一些基本问题。我们的研究结果是相关测量背后的物理学的表现，无论是光子或原子干涉仪与玻色子热源。这种迷人的物理学铺平了道路的重要应用，不仅在量子计算，而且在量子精密测量和量子通信，利用不同种类的玻色子源。
2015-06-10 quant-ph
What can quantum optics say about computational complexity theory?
考虑从线性光网络的输出光子计数概率分布中对输入高斯态进行采样的问题，我们得到了从量子理论和计算复杂性理论的角度都有意义的结果.我们导出了计算输出概率的一般公式，并通过考虑输入热态，证明了输出概率与半正定厄米矩阵的积和式成正比.一般认为复矩阵积和式的近似是一个P-困难问题。然而，我们表明，这些持久性可以近似的算法在BPP^NP复杂性类，因为存在一个有效的经典算法从输出概率分布的采样。我们进一步考虑输入压缩真空态，并讨论了从输出端的概率分布采样的复杂性。
2015-02-13 cs.CC quant-ph
Quantum estimation bound of Gaussian matrix permanent
针对矩阵积和式估计难题，提出基于Ryser公式的量子积和式估计器，在随机高斯矩阵加性误差估计上优于Gurvits经典算法，结合振幅估计可实现最多二次方级速度提升。
2024-07-23 math-ph math.MP physics.atom-ph
Dynamically configurable and optimizable Zeeman slower using permanent magnets and servomotors
我们报告了一个动态配置的，可控的，永磁体塞曼慢量子光学实验与超冷原子和分子的实施。该原子减速器允许在为不同原子种类设计的磁场分布之间切换。此外，通过反馈的原子捕获率，我们表明，计算机控制的遗传优化算法应用到磁体的位置可以在原位获得最大限度地提高捕获率为任何给定的实验条件下的字段配置文件。该设备重量轻，可远程控制，并且在稳定状态下不消耗功率;这是迈向量子光学实验自动控制的一步。
2012-01-16 physics.atom-ph quant-ph
Generalizing and Derandomizing Gurvits's Approximation Algorithm for the Permanent
2002年左右，Leonid Gurvits给出了一个惊人的随机算法来近似n*n矩阵A的积和式。该算法的运行时间为O（n^2/eps^2），并且将Per（A）近似到eps* 以内。||A|| ^n additive error. Gurvits算法的一个主要优点是它适用于任意矩阵，而不仅仅是非负矩阵。这使得它与量子光学高度相关，其中有界范数复矩阵的积和式起着核心作用。事实上，Gurvits算法的存在就是为什么Aaronson和Arkhipov（AA）在他们最近关于量子光学硬度的工作中不得不谈论采样问题而不是估计问题的原因。本文从两个方面对Gurvits算法进行了改进。首先，使用来自量子光学的思想，我们推广了该算法，使得当矩阵A具有重复的行或重复的列时，它产生更好的近似。回到量子光学，这让我们可以经典地估计AA型实验的任何结果的概率-即使是涉及多个光子以相同模式“聚束”的结果-至少和实验本身可以估计的概率一样。(This当然，这并不能解决AA抽样问题。）它还产生了一个一般的上界的概率“集束”的结果，解决了一个猜想的Gurvits和可能是独立的物理利益。其次，在矩阵A为非负矩阵的特殊情况下，我们使用eps-偏置集去随机化Gurvits算法。更有趣的是，我们将eps-偏置集的概念推广到复数，构造“复数eps-偏置集”，然后使用这些集去随机化，甚至将Gurvits算法推广到多行/多列情况（…
2012-12-04 cs.CC quant-ph
The Computational Complexity of Linear Optics
我们给出了新的证据，证明量子计算机--而且，完全由线性光学元件构建的基本量子计算机--不能被经典计算机有效地模拟。特别是，我们定义了一个计算模型，其中产生相同的光子，通过线性光学网络发送，然后非自适应测量，以计算每种模式下的光子数。这个模型是未知的，也不被认为是通用的量子计算，事实上，我们讨论了使用当前技术实现该模型的前景。另一方面，我们证明了该模型是能够解决抽样问题和搜索问题，是经典的棘手的合理假设下。我们的第一个结果表明，如果存在一个多项式时间经典算法，它从与线性光网络相同的概率分布中采样，那么P^#P=BPP^NP，因此多项式层次结构坍缩到第三级。不幸的是，这个结果假设了一个非常精确的模拟。我们的主要结果表明，即使是一个近似的或嘈杂的经典模拟已经意味着多项式层次的崩溃。为此，我们需要两个未经证明的猜想：“高斯恒常猜想”，它说的是，它是#P-难以近似的永久矩阵A的独立N（0，1）高斯元素，具有高概率超过A;和“永久反浓度猜想”，它说，|根据（A）|>=sqrt（n！）/ Poly（n）在A上具有高概率。我们提出的证据，这些acquitures，这两个似乎有趣，即使除了我们的应用程序。这篇论文并不假设量子光学的知识。事实上，它的部分目标是以理论计算机科学家可以理解的独立方式，发展我们模型背后的非相互作用玻色子的美丽理论，以及它与永久函数的联系。
2010-11-14 cs.CC quant-ph
Microwave multiphoton conversion via coherently driven permanent dipole systems
研究了单模泄漏量子化腔场与共振驱动的永久偶极二能级系统耦合的多光子量子动力学。相互作用的子系统的频率被认为是非常不同的，例如，微波范围的腔和光学域的频率的两个级别的发射器，分别。以这种方式，发射器仅经由其对角偶极矩耦合到谐振器模式。此外，由二能级子系统的外部相干驱动产生的广义拉比频率也被假定为不同于谐振腔的频率或其倍数。因此，这种高度色散的相互作用制度是负责腔多光子量子动力学和光子转换从光学到微波范围内，分别。
2021-04-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Quantum Optics Argument for the #P-hardness of a Class of Multidimensional Integrals
矩阵积和在线性光网络中自然出现，而线性光网络则是由非经典光态构成的。在这封信中，我们使用一个简单的量子光学参数的计算复杂性的多维积分的大型矩阵的永久。用这种方法我们证明了计算这类积分是\textbf{\#P} -困难的。我们的工作为使用量子物理方法来证明计算机科学中的陈述提供了一种新的方法。
2016-07-18 quant-ph
A permanent-magnet Zeeman slower and magneto-optical trap for calcium atoms for ultracold Rydberg physics
该研究设计了永磁体塞姆减慢器和磁光捕获器，用于产生冷钙原子并激发至高瑞利德态，为超低温瑞利德物理实验提供新方案。
2025-11-28 physics.atom-ph quant-ph
Trapping atoms on a transparent permanent-magnet atom chip
描述了在光学透明的永磁体原子芯片上进行的原子在微观磁光阱中的囚禁实验。该芯片由沉积在电介质衬底上的硬磁铁氧体-石榴石材料制成。约束磁场由磁光技术记录在薄膜中的微型磁化图案产生。我们在传统的磁光阱（MOT）几何结构中，通过施加三对交叉的反向传播激光束，在这些结构上捕获Rb原子。我们通过几个实验证明了在创建和原位修改的捕获几何形状的概念的灵活性。
2006-04-21 quant-ph
Anomalous bunching of nearly indistinguishable bosons
本文通过将异常玻色子聚束与1986年矩阵积和式猜想相联系，利用其反例证明在8光子10模式干涉仪中，近不可区分光子也能通过偏振扰动增强聚束概率，揭示了异常聚束的新面向。
2024-07-31 quant-ph
Universal Bound on Sampling Bosons in Linear Optics
在线性光学中，光子通过分束器和移相器等无源光学元件在网络中散射，导致了许多有趣的物理应用，如马赫-曾德尔干涉测量，洪欧-曼德尔效应和基本量子力学的测试。在这里，我们提出了一个通用的解析表达式，通过所有可实现的线性光学采样玻色子的跃迁振幅的上限。除了玻色子采样，这种跃迁边界还导致了许多其他有趣的应用，包括光网络中的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的行为，多光子的Hong-Ou-Mandel效应的对应物，以及矩阵的近似持久性。此外，这个一般界意味着存在一个用于估计玻色子跃迁振幅的多项式时间随机算法，这代表了Aaronson和Hance在2012年提出的一个开放问题的解决方案。
2016-08-01 math-ph math.MP physics.comp-ph
Generalized concurrence in boson sampling
线性光学量子计算的一个基本问题是理解物理系统中量子霸权的起源。发现多模线性光学跃迁振幅是通过跃迁算子矩阵的积和来计算的，这是经典模拟中的一个难题（玻色子采样问题）。我们可以通过考虑直接决定计算跃迁振幅的运行时间的量子测度来理解这个问题。本文提出了一种量子度量--“Fock态并发和”$C_S$，它是对“广义Fock态并发”（一种类似于纠缠和相干的广义并发的度量）所有成员的求和.通过引入广义算法计算的Fock状态玻色子采样与任意数量的光子每模式的跃迁振幅，我们表明，所有已知的算法的最小经典运行时间直接依赖于$C_S$。因此，我们可以说，\emph{the Fock state concurrence sum $C_S$ behaves as a collective measure that controls the computational complexity of Fock state BS}。我们期望我们对Fock态并发在积算中的作用的观察将为解释线性光学的量子计算能力提供一个统一的观点。
2018-03-16 physics.comp-ph quant-ph
Enhancing energy transport utilising permanent molecular dipoles
本研究聚焦分子链激子量子转移，纳入常被忽略的永久分子偶极子效应，对比光子与声子辅助输运的标度特性，证实偶极子可通过排布本征态增强多构型下的能量输运能力。
2025-01-03 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Faster classical Boson Sampling
自从玻色子采样被引入以来，它一直是量子计算领域的热门研究课题。任务是根据与子矩阵的持久式相关的概率分布，从由较大的$m \times n$复矩阵的可能重复的行构建的所有$n \times n$子矩阵的集合中独立地进行采样。利用量子光子效应的实验系统原则上可以高速执行任务。在经典计算的框架中，Aaronson和Arkhipov（2011）证明了精确玻色子采样问题不能在多项式时间内解决，除非多项式层次崩溃到第三层。事实上，多年来，已知最快的精确经典算法在每个样本的$O({m+n-1 \choose n} n 2^n )$时间内运行，强调了量子计算的潜在速度优势。Clifford和Clifford（2018）减少了这一优势，他们给出了一个明显更快的经典解，需要$O(n 2^n + \operatorname{poly}(m,n))$时间和线性空间，当$m$在$n$中是多项式时，与计算单个矩阵的积和式的复杂性相匹配。我们继续提出一个算法玻色子采样的平均情况下的时间复杂度是快得多时，$m$是成比例的$n$。特别是，当$m = n$我们的算法运行在大约$O(n\cdot1.69^n)$时间平均。这一结果进一步增加了通过玻色子采样建立量子计算霸权所需的问题规模。
2020-05-26 cs.DS quant-ph
The scaling of boson sampling experiments
玻色子采样是生成量子比特流的问题，其平均值是$n\times n$矩阵的不变量。比特流被创建为具有$n$输入光子的原型量子计算设备的输出。验证玻色子采样是一个根本性的挑战，并且输出计数率如何随矩阵大小$n$缩放的问题至关重要。在这里，我们应用随机矩阵理论的结果建立玻色子采样实验中的平均计数率与任意输入和损失的标度律。结果表明，即使包括损失，在大$n$值的非经典行为的验证确实是可能的。
2016-05-19 quant-ph
Near-Optimal Mode Scaling for Finite-Dimensional Boson Sampling via Lie-Algebraic Leakage Bounds
Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；University of Reunion（留尼汪大学）；Università degli Studi di Palermo（巴勒莫大学）；National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学）
研究有限维玻色子采样的近最优模式缩放问题，通过李代数框架和戴森级数分析界定聚束泄漏，证明谱范数集中在\(\tilde{O}(\sqrt{n})\)，将所需模式数收紧，适用于多种架构，量化空间资源需求。
2026-07-14 math-ph math.MP quant-ph
Boson-sampling with photons of arbitrary spectral structure
玻色子采样作为实现光学量子计算的一个子集的简化方法引起了人们极大的兴趣。玻色子采样需要不可分辨的光子，但比通用光学量子计算架构少得多。实际上，光子从来都不是不可分辨的，并且表现出丰富的光谱结构。在这里，我们考虑的操作玻色子采样与任意光谱结构的光子和相关的设备的采样统计矩阵永久。这揭示了光子的光谱特性的不同制度的计算复杂性，并提供了非常一般的结果，在存在部分可区分的光子的线性光学干涉仪的操作。我们的结果适用于光谱分辨和非光谱分辨探测器的情况。
2014-10-15 quant-ph
Connecting quantum circuit amplitudes and matrix permanents through polynomials
本研究提出将带复系数的$\rm F_2$值多项式编码为图的通用方法，建立了基于量子比特的量子电路振幅与矩阵积和式的关联，为用量子光子器件估算量子电路振幅提供了新途径。
2024-08-16 quant-ph
Towards Quantum Supremacy with Lossy Scattershot Boson Sampling
玻色子采样代表了一种很有前途的方法来获得量子系统作为解决计算问题的资源的至高无上的证据。玻色子采样的经典困难与所谓的永久高斯猜想有关，并已被推广到一些推广，如散点玻色子采样，在一些合理的约束下的近似和有损采样。然而，目前还不清楚这些技术对量子实验采样器的要求有多高。从一个国家的最先进的分析，并考虑到可预见的实际局限性，我们评估和讨论的范围为量子霸权的不同最近提出的方法，因此，今天最有名的经典模拟器。
2016-11-07 physics.comp-ph quant-ph
Prospects for the formation of ultracold polar ground state KCs molecules via an optical process
异源碱金属二聚体代表了用于产生表现出固有的大的永久电偶极矩的超冷分子样品的选择的分子类别。其中KCs分子的永久偶极矩为1.92~德拜，在超冷条件下仍有待观察。基于精确的量子化学计算完成的文献中可用的光谱研究，我们提出了几种光学相干方案，以创建超冷玻色子和费米子KCs分子在其绝对振转基态，从其电子基态流形的弱结合水平。该过程依赖于方便的电子激发态的存在，允许有效的受激拉曼绝热转移的水平人口。
2015-04-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
From point processes to quantum optics and back
大约50年前，Odile Macchi在她开创性的博士论文中介绍了常动点过程和行列式点过程。她最初的动机是提供一套模型的检测时间在基本玻色子或费米光学实验，分别。经过20年的沉寂，这些点过程已经迅速成为具有非平凡但易于处理的相关结构的点过程的标准例子。特别是，自20世纪90年代以来，行列式点过程一直是随机矩阵理论和组合学中的技术主力，自2010年代以来，它是机器学习和空间统计中排斥点模式的标准模型。与此同时，我们在玻色子和费米子光学中实验探测探测事件之间相关性的能力也取得了巨大的进步。在本调查的第一部分，我们提供了一个现代的介绍Macchi的论文中的概念和他们的物理动机，在数学家，物理学家和信号处理器的联合眼睛。我们的目标是为以后量子光学中点过程的跨学科工作提供一个共享的知识基础，并重新连接永久点过程和决定点过程的物理根源。
2022-10-11 eess.SP math-ph math.MP
A novel general mapping for bosonic and fermionic operators in Fock space
在本文中，我们提供了一个新的和一般的方法来构造的结果的任何玻色子或费米子运营商表示的第二量化形式的状态向量上的作用，而不诉诸矩阵表示的运营商，甚至其元素。新方法是基于我们的建议，以复杂地枚举配置（即，费米子的行列式，玻色子的不变量），它们是态矢量的元素。这极大地简化了运算符对状态向量的作用的计算。系统的静态性质和演化动力学的计算变得更加有效，并且应用于由更多粒子组成的系统变得可行。给出了自旋极化的费米子系统和无自旋玻色子系统，以及一般的（两组分）费米子系统，两组分玻色子系统，及其混合物的明确配方。
2009-10-14 quant-ph
Quantum nonlinear optics with polar J-aggregates in microcavities
我们发现，具有永久电偶极矩的有机染料分子嵌入微腔中的系综可以在单光子水平上导致强的光学非线性。由于它们的永久偶极子，发色团之间的强长程静电相互作用引入了微腔中光-物质耦合的所需非线性。我们得到了在激子-光子与腔场强耦合的影响下，弱探测场的吸收谱。使用现实的参数，我们表明，一个单一的腔光子可以显着修改介质的吸收和色散响应的探测光子在不同的频率。最后，我们表明，该系统是在一个广泛的透明窗口染料二聚体的腔诱导透明的制度。我们说明了我们的研究结果使用伪异氰氯化物（PIC）J-聚集体在目前可用的光学微腔。
2014-09-05 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
Combinatorial Matrix Functions in Ising Models and Quantum Circuit Representation
SKKU Advanced Institute of Nanotechnology (SAINT), Sungkyunkwan University（成均馆大学纳米技术高级研究所）；IBM Quantum（IBM量子）；Department of Physics, Chungbuk National University（忠北国立大学物理系）；Yonsei University（延世大学）
本文提出通过扩展Ising相互作用结构生成hafnian和loop-hafnian，并在单一Ising模型框架下统一三种矩阵函数，利用量子叠加实现自环的纳入。
2026-11-02 quant-ph
Reaching Quantum Supremacy with a Boson Sampling Experiment
玻色子采样代表了量子系统作为解决计算问题的资源的至高无上的一个有希望的见证。玻色子采样的经典困难与所谓的永久高斯猜想有关，并已被推广到一些推广，如散射玻色子采样，近似和有损采样在一些合理的约束。然而，目前还不清楚这些界限对量子实验采样器的要求有多高。从最先进的分析开始，并专注于达到量子霸权所需的可预见的实际条件，我们研究不同的技术，并提出一个更通用和有效的解决方案。我们将我们的方法应用于迄今为止提出的实验建议，并最终在这两种情况下找到一个新的阈值，该阈值对错误不太敏感，并且在实验上更可行。
2015-11-27 physics.chem-ph quant-ph
Point Processes with Gaussian Boson Sampling
随机点模式在自然界中是普遍存在的，并且诸如点过程的统计模型，即，通常使用生成点的随机集合的算法来模拟和解释它们。我们提出了一个应用程序的量子计算的统计建模，通过建立点过程和高斯玻色子采样之间的连接，一个算法的专用光子量子计算机。我们表明，高斯玻色子采样可以用来实现一类点过程的基础上难以计算的矩阵函数，在一般情况下，是难以模拟的经典。我们还讨论了多项式时间经典方法存在的情况。这导致了一个家庭的有效的量子启发点过程，包括一个新的快速经典算法的永久点过程。我们研究了基于高斯玻色子采样的点过程的统计特性，并揭示了它们的定义性质：就像聚在一起的玻色子一样，它们生成形成集群的点的集合。最后，我们讨论了这些点过程，我们举例说明应用程序的几个额外的属性。
2019-06-27 quant-ph
Experimental Collision-Free Dominant Boson Sampling
旨在解决经典方法之外的难题的量子计算正日益蓬勃发展。不幸的是，基于当前的技术，完全可扩展和容错的通用量子计算机仍然具有挑战性。玻色子采样由Aaronson和Arkhipov首先提出，被普遍认为是达到量子计算的中间里程碑，即量子霸权的最有希望的候选者。在这个领先的建议之后，许多实验性的实现以及玻色子采样的变体已经被展示出来。然而，这些工作大多局限于小规模的，不能满足永久的高斯猜想。在这里，我们实验证明了最大规模的玻色子采样在无碰撞占主导地位的制度，使用多端口干涉仪在3D光子芯片。我们测量了所有6，545个无碰撞输出组合，并验证了实验结果。我们的工作显示了3D光子芯片平台的潜力，并代表了迈向大规模玻色子采样的坚实一步。
2019-10-24 physics.optics quant-ph
Introduction to foundations of probability and randomness (for students in physics), Lectures given at the Institute of Quantum Optics and Quantum Information, Austrian Academy of Science, Lecture-1: Kolmogorov and von Mises
物理学学生的教育体系（在世界范围内）缺乏概率和随机性方面的深入课程。这是对量子信息理论、量子光学和量子基础感兴趣的学生的真正问题。在这里，对概率和随机性的原始处理可能导致对理论的深刻误解和对实验结果的错误解释。在我访问期间（2013年和2014年），IQOQI的一些学生（实验者！）经常问我关于概率和随机性的基础问题，特别是经典结构和量子结构之间的相互关系，今年我就这些问题做了两次讲座。令人惊讶的是，实验导向的学生对数学特性的兴趣非常高。这一点（以及对Zeilinger教授的永久提醒）促使我根据这些讲座写了一篇文章，这些讲座最初是以传统的黑板形式呈现的。我希望这对IQOQI的学生以及其他年轻的物理学家有用。
2014-10-19 physics.ed-ph quant-ph
Resonant two-laser spin-state spectroscopy of a negatively charged quantum dot-microcavity system with a cold permanent magnet
本文提出低温兼容的紧凑型 SmCo 永磁体，在 5 K 下产生 475 mT 面内磁场，并结合高精细度双折射微腔实现 InGaAs 量子点的单、双激光自旋态光谱与操控。
2023-03-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Experimental Boson Sampling
通用量子计算机有望比经典计算机大幅提高速度，但全尺寸实现仍然具有挑战性。然而，已经提出了中间量子计算模型，这些模型不是通用的，但可以解决被强烈认为是经典困难的问题。Aaronson和Arkhipov已经证明，随机光网络中的单光子干涉可以解决玻色子输出分布采样的难题，这与计算矩阵积和式直接相关。值得注意的是，这种计算不需要基于测量的交互或自适应前馈技术。在这里，我们使用高质量的激光写入集成量子网络来演示这种计算模型，这些网络被设计用于实现随机酉矩阵变换。我们的实验特性的集成器件使用原位重建方法和观察三光子干涉，导致玻色子采样输出分布。我们的研究结果为量子计算机设定了一个基准，它有可能仅使用几十个光子和线性光学元件就能超越传统计算机。
2012-12-10 quant-ph
Photonic Boson Sampling in a Tunable Circuit
量子计算机是不必要的指数效率的计算或模拟，如果扩展的丘奇-图灵论文-计算机科学的基本原则-是正确的。这一论点将直接与一种物理设备相矛盾，这种设备可以有效地执行一项被认为是经典计算机难以处理的任务。这样一个任务就是玻色子采样：获得由某种线性光学幺正过程散射的n个玻色子的分布。在这里，我们测试的中心前提的玻色子采样，实验验证的3光子散射过程的振幅是由从一个单一的描述一个6模式的集成光路产生的子矩阵的永久。我们发现该协议是强大的，即使不可避免的影响，光子损失，非理想的来源，和不完善的检测工作。反对扩展丘奇-图灵命题的强有力证据将来自大量光子的缩放，这比构建通用量子计算机要简单得多。
2013-02-28 quant-ph
Boson Sampling in Low-depth Optical Systems
光学损耗是通过玻色子采样证明量子优势而不留下经典欺骗的可能性的主要障碍。我们提出了一种方法，用于产生低深度的光路适合玻色子采样非常高的效率。我们的电路只需要一个恒定数量的光学元件（即三个），以实现一个光学变换适合于展示一个量子优势。因此，我们的建议具有恒定的光损耗，而不管光学模式的数量。我们认为，从我们的家庭的电路采样是计算困难的，通过提供数值证据表明，我们的家庭的电路收敛到原来的玻色子采样建议在大型光学系统的限制。我们的工作为证明光学量子优势开辟了一条新的途径。
2021-10-11 quant-ph
No imminent quantum supremacy by boson sampling
据预测，量子计算机的性能将大大超过传统计算机。然而，大规模的通用量子计算机尚未建成。玻色子采样是一种基本的量子算法，适用于线性光学中的光子平台，它作为一种快速的方式来展示这种量子霸权，引起了人们的兴趣。光子统计是由称为永久量的棘手矩阵函数控制的，这表明通过将光子注入线性光学网络获得的分布的采样可以通过光子实验比经典计算机更快地解决。任何经典采样算法所面临的明显令人敬畏的挑战与大型玻色子采样实验所需的明显近期实验资源之间的对比提高了人们的期望，即玻色子采样的量子霸权即将到来。在这里，我们提出了经典的玻色子采样算法和理论分析的前景缩放玻色子采样实验，表明近期量子霸权通过玻色子采样是不可能的。虽然迄今为止报道的最大玻色子采样实验是5个光子，但我们的经典算法基于Metropolised Independence Sampling（MIS），允许用标准计算硬件解决30个光子的玻色子采样问题。我们认为，实验光子损失的影响意味着通过玻色子采样来证明量子霸权需要技术上的一步改变。
2017-05-01 quant-ph
Optical realization of two-boson tunneling dynamics
基于光在四芯微结构光纤中的输运，提出了双势阱中两相互作用玻色子隧穿动力学的光学实现。的光学设置，使可视化在一个纯粹的经典系统的整个交叉从拉比振荡相关对隧道和隧道的一个片段对在费米子化极限。
2011-11-15 quant-ph
Biclustering a dataset using photonic quantum computing
University of Maryland Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩分校）
本文提出利用玻色子采样和高斯玻色子采样进行双聚类，通过矩阵积和式及二分图最密子图方法，模拟结果显示出前景。
2024-05-28 cs.ET cs.LG physics.optics
Quantum computation with cold bosonic atoms in an optical lattice
我们分析了一个在光晶格中使用玻色子原子的量子计算机的实现。我们表明，即使每个站点的原子数和相邻站点之间的隧穿率是未知的，一个可以执行一个通用的一套门通过绝热通道。
2004-06-21 quant-ph
High Dimensional Unitary Transformations and Boson Sampling on Temporal Modes using Dispersive Optics
我们提出的方法，允许数量级增加的线性光学实验中的模式的数量从空间编码到时间编码和使用色散。这使得线性量子光学和玻色子采样实验具有显著的实际优势。使连续的光子通过与时间无关的色散并测量光子的输出时间相当于玻色子采样实验，据我们所知，没有有效的经典算法。利用依赖于时间的色散，可以实现任意的单粒子幺正。鉴于这些方案的要求相对简单，它们提供了一条实现更大的线性量子光学实验的途径，包括后经典玻色子采样机。
2015-05-12 quant-ph
Atomic coherent state in Schwinger bosonic realization for optical Raman coherent effect
对于光学拉曼相干效应，我们在Schwinger玻色子实现中引入原子相干态（或具有不同角动量值的角动量相干态），它们是描述拉曼效应的哈密顿量的本征向量。类似于光子相干态描述激光的事实，原子相干态与拉曼过程有关。
2009-12-04 quant-ph
