Optimal control with flag qubits
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息实验室）；Center for Quantum Information, Institute for Interdisciplinary Information Sciences, Tsinghua University（清华大学交叉信息研究院量子信息中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；CAS Center For Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学院量子信息与量子物理学前沿卓越创新中心）
本文提出利用旗量子比特和Flag-GRAPE算法的最优控制框架，通过主动设计噪声结构提升量子操作保真度，并展示其在量子纠错中的兼容性与应用效果。
2026-03-12 quant-ph
Purity and entropy evolution speed limits for open quantum systems
我们导出了开放量子系统的纯度变化率和熵增加率的一般上界。这些界限只依赖于非酉动力学的生成元，与系统的特定状态无关。因此，它们非常适合于研究任意系统的失相和热化过程。我们将这些结果应用到单个和多个退相通道，在噪声存在下的量子控制问题，和冷却。
2014-08-06 quant-ph
A novel method to investigate how the spatial correlation of the pump beam affects the purity of polarization entangled states
我们提出了一种新的方法来解决I型偏振纠缠态的纯度与泵浦光的空间特性之间的关系。我们的全光学装置是基于一个空间光调制器，它提供了前所未有的控制空间相位函数的纠缠态。用这种方法定量地给出了产生态的纯度与抽运光的空间关联函数之间的关系。
2012-04-25 quant-ph
Optimal Control of Quantum Dissipative Dynamics: Analytic solution for cooling the three level $Λ$ system
研究了耗散量子动力学的最优控制问题。虽然在大多数情况下，耗散会导致系统的熵增加（或纯度降低），但有一类重要的问题是，外部控制的耗散可以降低系统的熵（或增加纯度）。一个重要的例子是激光冷却。在这样的系统中，有一个相互作用的哈密顿部分的动力学，这是可控的和耗散部分的动力学，这是不可控的。该策略是以这样的方式控制演化的哈密顿部分，即耗散导致系统的纯度增加而不是减少。本文的目标是找到在最终时间导致最大纯度的策略。假设哈密顿控制是完全的和任意快的，我们提供了一个通用的框架，通过它来计算最佳的冷却策略。这些假设导致了极大的简化，其中控制问题可以根据$ρ$的特征值谱而不是$ρ$本身来重新表述。通过将该公式与Hamilton-Jacobi-Bellman定理相结合，我们能够得到关于密度矩阵的谱的全局最优冷却策略的方程。对于三能级$Λ$系统，我们提供了一个完整的解析解的最佳冷却策略。对于这个系统，它被发现，最优策略不利用系统的凝聚力，是一个“贪婪”的策略，其中纯度增加最大化在每个时刻。
2004-02-19 quant-ph
Control of the entanglement of a two-level atom in a dissipative cavity via a classical field
研究了耗散环境中受经典光场驱动的二能级原子与相干光场相互作用系统的纠缠动力学和纠缠纯度。结果表明，通过控制经典光场可以提高系统的纠缠度和纯度。
2009-06-07 quant-ph
Decoherence induced by squeezing control errors in optical and ion trap holonomic quantum computations
考虑到哈达玛门在光学和离子阱完整量子计算机上的特殊实现，我们研究了随机压缩控制误差引起的退相干。当控制噪声用Ornstein-Uhlenbeck随机过程建模时，我们得到了Hadamard门的保真度，并计算了最终态的纯度。我们证明，在矛盾的情况下的系统控制误差的随机导致退相干的最终状态。在小误差范围内，我们导出了门保真度与末态纯度之间的简单关系式。
2006-02-07 quant-ph
Bell-inequality in path-entangled single photon and purity of single photon state
单光子的不同自由度已经被纠缠，并被用作各种量子技术应用的资源。提出了一种简单的Bell检验方案，并在分束器中利用干涉和非干涉方法证明了路径纠缠单光子态对CHSH不等式的破坏.我们证明了这一点，通过产生和控制的路径纠缠态使用两个，预示和unpredered单光子自发参量下转换。实验结果表明，当单光子态纯度的可见度增加到70%（$\mathcal{P} > 0.7$）以上时，将发生向CHSH不等式违反的转变.我们的程序使用单个分束器和两个探测器模块的unherded单光子源允许一个简单的方法来测试任何单光子源的纯度和研究量子关联的动力学驱动的系统中，单粒子纠缠与位置空间是突出的。
2023-02-08 quant-ph
Protecting bosonic codes from ancilla-induced errors with continuous-variable flags
Alice & Bob（爱丽丝与鲍勃）；Laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure, Inria, ENS, Mines ParisTech, Université PSL, Sorbonne Université（巴黎高等师范学院物理实验室、法国国家信息与自动化研究所、巴黎高等师范学院、巴黎矿业学院、巴黎文理研究大学、索邦大学）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）
本文提出连续变量标志方法，通过辅助振荡器检测并纠正辅助量子比特衰减引起的连续误差，显著降低玻色子码逻辑错误率，为混合振荡器-量子比特处理器容错计算开辟新途径。
2026-10-07 quant-ph
Phonon-Coupled Hole-Spin Qubits in High-Purity Germanium: Design and Modeling of a Scalable Architecture
本研究设计并建模了基于高纯锗栅控量子点空穴自旋量子位的可扩展量子架构，通过集成声子晶体腔与电调自旋轨道耦合，结合同位素富集材料，实现了长自旋相干、快门控与长程耦合，提供了CMOS兼容的高保真可扩展量子计算路径。
2025-09-03 quant-ph
Phase Transition in Iterated Quantum Protocols for Noisy Inputs
量子信息处理利用了量子力学提供的所有特征。其中有可能诱导非线性映射的量子系统，涉及两个或两个以上的相同副本的给定系统在同一状态。这种映射在用于量子密钥分发的蒸馏协议中起着核心作用。我们确定，这样的协议可能会表现出敏感的，准混沌演化不仅为纯初始状态，但也为混合状态，即复杂的动力学行为不会被破坏的小初始不确定性。我们表明，敏感的外观，复杂的动力学与分形结构的参数空间中的系统具有一阶相变的字符。初始态的纯度起着控制参数的作用，过了相变点后分形结构的维数与纯度值无关。临界纯度与动力学的排斥不动点的纯度相吻合，并且我们证明了来自纯混沌初始状态的近邻的所有状态的前像的纯度大于此。来自该集合的初始状态可以被认为是准混沌的。
2019-02-14 quant-ph
Purification of Single Photons from Room-Temperature Quantum Dots
单光子发射器是光子量子技术中不可缺少的组成部分。在这里，我们展示了来自室温胶体量子点的波形控制的高纯度单光子。单光子的纯度不随激发功率而变化，从而允许在不损害单光子质量的情况下提高产生速率。
2017-10-04 quant-ph
Estimating the coherence of noise in quantum control of a solid-state qubit
为了利用给定的物理系统进行量子信息处理，理解影响量子控制的不同类型的噪声是至关重要的。区分相干和非相干误差是非常有用的，因为它们可以以不同的方式减少。相干误差通常更容易在硬件级减少，例如通过改进校准，而一些非相干误差源，例如T2* 过程，可以通过设计鲁棒脉冲来减少。在这项工作中，我们说明了如何纯度基准和随机基准可以一起使用，以区分相干和非相干的错误，并量化减少在这两个由于使用最佳控制脉冲和会计的电子自旋共振系统中的传递函数。我们还证明了纯度基准提供了最佳保真度和钻石规范，可以通过改善校准校正的相干误差的界限。
2016-12-07 quant-ph
Controlled generation of mixed spatial qudits with arbitrary degree of purity
提出了一种制备任意维$D$（$D\geq2$）混合量子态的方法，该混合量子态被编码在单光子的离散化横向动量和位置中，一旦它们被发送通过具有$D$狭缝的孔径。根据我们之前的技术，我们使用可编程的单相位空间光调制器（SLM）来定义孔径并设置每个狭缝的复数透射振幅，从而允许独立控制定义量子态的复数系数。由于这些SLM使我们有可能在测量时间内动态地改变态的复系数，因此我们不仅可以产生纯态，而且可以产生与纯量子态的混合物相容的量子态。因此，通过使用根据概率分布随时间变化的这些孔径，我们已经通过明确的解析表达式实验获得了具有依赖于分布参数的纯度的$D$维量子态。这一事实使我们能够轻松地定制要生成的状态。此外，该方法提供了在不改变纯态和混合态之间的光学设置的情况下，或当状态的维数增加时工作的可能性。所得到的结果表明，我们的方法至少达到$D=11$维的相当好的性能，是在每种情况下的准备状态$F > 0.98$的保真度。
2017-06-03 physics.optics quant-ph
Information Tradeoff Relations for Finite-Strength Quantum Measurements
本文给出了一种新的方法来量化民间的观念，即量子测量会给被测系统带来扰动。我们考虑两个观察者谁最初分配相同的混合态密度算符的两个状态的量子系统。我们要解决的问题是，通过测量，一个观察者可以在多大程度上增加他的密度算符的纯度，而不影响另一个观察者的纯度。如果对第一个观测者的测量没有限制，那么他可以通过测量初始密度算符的本征基来实现这一点。然而，如果允许的测量是有限强度的测量，即，这些测量严格地在所有测量的凸集的内部-那么问题变得明显更复杂。我们发现，对于一大类这样的测量，第一个观察者的纯度增加最精确的时候，有一些损失的纯度为第二个观察者。更一般地说，两种纯度之间的权衡，当它存在时，形成单调关系。这种折衷在量子态控制和反馈中具有潜在的应用。
2000-09-25 quant-ph
Controlling Purity, Indistinguishability and Quantum Yield of Incoherently Pumped Two-Level System by Spectral Filters
退相过程对确定性单光子源的性能有很大的影响。退相加宽了谱线并抑制了发射光子的不可分辨性，这对于许多应用来说是不期望的，主要是对于量子计算。本文研究了在有光谱滤波器的情况下，脉冲非相干泵浦下的二能级系统所发射的光。光谱滤波器允许控制二阶自相关函数、不可逆性和量子产率。我们表明，窄光谱滤波器可以增加发射光的不可分辨性，同时破坏量子产率。光谱滤波器对二阶关联函数的影响取决于泵浦的持续时间。当泵浦脉冲与二能级系统的寿命相比较长时，窄光谱滤波器导致二阶自相关函数的快速增加。在这个极限下，来自二能级系统的光的统计继承了非相干泵浦的统计。在泵浦脉冲持续时间短的情况下，对于光谱滤波器的子寿命宽度，可以在一定程度上保持单光子特性。此外，当由单光子源发射的光用于控制量子系统时，例如，在腔中，光的单光子特性根据量子系统的响应时间而不同地表现出来。特别地，在响应时间较长的情况下，具有亚寿命宽度的光谱滤波器可以提供接近于零的二阶自相关函数。
2022-12-12 physics.optics quant-ph
Realization of high-fidelity CZ gates in extensible superconducting qubits design with a tunable coupler
高保真双量子比特门是实现大规模量子计算和模拟的基础。可调谐耦合器设计用于减少多量子比特系统中的寄生耦合和频率拥挤的问题，因此被认为是有利的。在这里，我们设计了一个可扩展的5量子比特系统，其中中心transmon量子比特可以通过电容可调谐耦合器耦合到每四个近邻量子比特，并通过操纵中心量子比特和一个近邻量子比特实验演示了高保真度控制相位（CZ）门。采用斑点纯度基准测试（SPB）和交叉熵基准测试（XEB）对直拉门的纯度保真度和保真度进行了评估。CZ门的平均纯度保真度为99.69 $\pm$ 0.04%，CZ门的平均纯度保真度为99.65 $\pm$ 0.04%，即控制误差约为0.04%。我们的工作将有助于解决大规模量子系统实现中的许多挑战。
2021-09-13 quant-ph
Feature- and process-based optimal control of quantum dynamics
本文提出基于特征的最优控制方法，用于制备具有高相干性和纯度的量子过程，并通过改进初始场提升Krotov算法性能，且凸重叠保真度优于其他保真度。
2025-09-26 quant-ph
Tailored photon-pair generation in optical fibers
我们通过实验控制在微结构光纤中通过自发四波混频产生的光子对的光谱结构。通过制造具有设计色散的光纤，人们可以操纵光子的波长、联合光谱，从而操纵纠缠。作为一个例子，我们产生的光子对没有光谱相关性，允许直接预示单光子在纯态波包没有过滤。我们实现了$85.9\pm1.6%$的实验纯度，而理论分析和初步测试表明，94.5%的纯度是可能的与长得多的纤维。
2009-04-14 quant-ph
Invariance Audits for Quantum Kernels and Variational Rewinding: A Real-to-Hermitian Taxonomy of Projector, Flag, Anchor, and Density Geometry
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Pattern Recognition Pty Ltd（模式识别有限公司）
研究量子机器学习中向量替换表示的不变性决策，开发实到厄米特分类法，形式化相关核并证明性质，通过多种实验表明量子和几何提升在不变性与任务匹配时有用，丢弃带标签信息时正确失败。
2026-07-10 quant-ph
Regulation of a continuously monitored quantum harmonic oscillator with inefficient detectors
本研究针对低效探测器下的量子谐振子纯度调控问题，通过调节测量强度实现控制，推导了协方差动力学闭式解，揭示了低效探测的纯度损耗及量子关联的提升作用，为量子控制相关实验提供参考。
2025-03-19 cs.SY eess.SY quant-ph
Quantum Dynamics of a Two-level System Near a Gold Nanoparticle
在不允许原子系统有时间自发地衰变到基态的情况下制备所需状态的能力受到哈密尔顿控制不能影响所讨论的状态的纯度的事实的限制。本文讨论了如何利用一个连续的非共振电磁波来制备所需的最终量子态。借助于等离子体表面增强，通过在金纳米颗粒附近放置二能级原子系统，制备在缩短的时间段内完成，并且具有较低的电场强度，同时与孤立系相比，系统纯度提高。
2017-08-25 quant-ph
All-fibre multiplexed source of high-purity heralded single photons
基于自发光子对产生的单光子源使量子光学的开创性实验成为可能。然而，它们的非确定性是扩大光子和混合量子增强技术的瓶颈。此外，光子对通常被发射到许多相关的频率模式中，从而在预示时产生不期望的混合状态。在这里，我们提出了一个完整的光纤集成预示着单光子源，同时解决这两个困难。我们使用主动开关提供了一个路径，确定性操作多路复用单独的自发源，和色散工程，以尽量减少高纯度的单光子产生的频率相关性。所有的基本元素--具有色散控制、波长隔离、光学延迟和快速开关的非线性材料--都被集成在一个低损耗的无损耗封装中，这预示着电信单模光纤中的光子。我们的研究结果表明，一个可扩展的方法，提供纯单光子直接进入导波光子器件。
2016-03-20 physics.optics quant-ph
Zeno and anti-Zeno polarization control of spin-ensembles by induced dephasing
我们在实验和理论上证明了纯度（偏振）控制量子纠缠与多个自旋，在核磁共振（NMR）设置模拟重复的量子测量诱导退相。我们发现，通过选择合适的退相操作之间的时间间隔，可以将量子比特系综引导到具有一定纯度的准平衡态。这些结果表明，在与反芝诺制度相关的间隔重复移相导致合奏纯化，而与芝诺制度相关的那些导致合奏混合。
2010-08-30 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Phase-Flag Access and No-Go Constraints on Quotient-Space Real Quantum Mechanics
Yonsei University（延世大学）
本文分析商空间实量子力学中标志可访问性的后果，表明其与重叠可判定性及禁戒定理冲突，并指出该资源可实现概率克隆、导引信号传递和对数查询搜索，从而明确其规范表示与可访问理论的双重解读。
2026-09-18 quant-ph
Locally Optimal Control of Quantum Systems with Strong Feedback
对于高纯度的量子系统，我们发现所有的观测值，当连续监测，最大化的瞬时减少冯诺伊曼熵。这使我们能够获得所有的局部最优反馈协议的强反馈，并明确表示为最好的这样的协议的系统大小N <= 4。我们还表明，对于一个qutrit的局部最优协议是最优的协议，对于一个给定的范围内的控制时间，并推导出一个上界的所有最优协议的强反馈。
2008-12-07 quant-ph
Relativistic implications of entropy and purity
Cornell Laboratory for Accelerator-based Sciences and Education, Cornell University（康奈尔大学加速器科学与教育实验室）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本文提出量子物体的不确定性导致其在引力下经历相对论效应，需用非黎曼几何描述，并推导出含量子参数的时间膨胀修正律。
2026-06-23 gr-qc quant-ph
Optimal control of entanglement via quantum feedback
最近的研究表明，对于平稳线性二次高斯控制问题，寻找对环境的最优测量是一个半定规划。我们应用这种技术来控制的EPR-两个玻色子模式之间的相互作用，通过一个参数的哈密顿量在稳态的相关性。最佳测量结果是非局部零差测量--在测量之前必须将两个模式的输出合并。我们还找到了最佳的本地测量和控制技术。这给出了相同程度的纠缠，但比以前考虑的本地技术更高的纯度[S。Mancini，Phys.Rev.A { \bf 73}，010304（R）（2006）]。
2006-10-01 quant-ph
Simultaneously enhancing brightness and purity of WSe$_2$ single photon emitter using high-aspect-ratio nanopillar array on metal
提出利用金属上高纵横比纳米柱阵列设计方法，使WSe$_2$单光子发射体在保持高纯度的同时实现大于10 MHz的发射速率，兼容量子网络与卫星通信。
2024-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Compressed minimum-purity time evolution for late-time quantum dynamics
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Indian Institute of Space Science and Technology（印度空间科学与技术学院）；Forschungszentrum Jülich GmbH, Peter Grünberg Institute（于利希研究中心有限公司彼得·格林贝格研究所）；University of Regensburg（雷根斯堡大学）
提出压缩最小纯度时间演化方法，通过最小纯度原则闭合局域密度矩阵运动方程，在保持精度的同时实现长时模拟，应用于自旋链和Floquet系统。
2026-07-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Interaction without back-action in the context of quantum manipulation
我们解决了两个量子系统（A和B）之间的相互作用，这是由他们共同的线性环境介导的。如果环境是不平衡的，所产生的相互作用违反昂萨格关系，不能用哈密顿量来描述。简单地说，系统A对系统B的作用不一定产生反作用。我们推导出描述这种情况的一般量子方程，并详细分析了它们的经典对应关系。改变环境的属性，人们可以很容易地改变和设计所产生的相互作用。利用这一点对系统进行量子操纵是很有吸引力的。然而，由此产生的量子门并不总是幺正的，并且可能引起量子相干性的损失。对于一个相关的例子，我们认为系统A和B是任意值的自旋，并安排相互作用来实现两个量子位CNOT门的模拟。自旋A的方向控制自旋B的旋转，而自旋A不旋转，没有自旋B的反作用。我们求解了量子动力学方程，并分析了所得到的密度矩阵的纯度。所得到的纯度基本上取决于系统的初始状态。我们试图找到一个普适的特性的纯度优化它的初始状态的最坏的选择。对于两个自旋$s_A=s_B=1/2$，优化的纯度以1/2为界，而与门的细节无关。我们还详细研究了大自旋的半经典极限。在这种情况下，优化的纯度以$(1+π/2)^{-1}\approx0.39$为界。这比大自旋态$\sim s^{-1}$的典型纯度好得多。我们的结论是，虽然没有反作用的量子操纵不可避免地导致量子态的退相干，所得到的状态的实际纯度可以被优化，并使相对较高的。
2019-12-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence-assisted quantum state preparation and thermal control through repeated interactions
University of Toronto（多伦多大学）
该研究在马尔可夫重复相互作用框架下，推导了量子比特与相干环境相互作用的精确解析解，证实环境相干性可作为资源调控稳态制备与能量传递，甚至逆转热流方向。
2026-10-09 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.chem-ph
Exact Haar Statistics of Planar $k$-Purity in Multipartite Quantum Systems
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
该研究提出平面k-纯度作为多体量子系统的代价函数，通过四副本计算得到其精确哈尔统计，验证了相关公式，为AME存在区域外的多体纠缠提供几何感知基准。
2026-09-01 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
