Algebraic paradoxes in adaptive quantum computation
University College London（伦敦大学学院）；International Iberian Nanotechnology Laboratory（伊比利亚纳米技术国际实验室）；University of Bath（巴斯大学）
该研究解决了自适应测量量子计算中代数语境性的开放问题，证明自适应$\boldsymbol{\boldsymbol{Z}_2}$线性MBQC协议计算非仿射布尔函数时会出现代数悖论，可通过上同调检测，为量子优势的代数分析提供了关键方法。
2026-07-30 cs.LO quant-ph
Contextuality and Wigner function negativity in qubit quantum computation
我们描述了一个方案的量子计算的魔术状态的量子比特的上下文是一个必要的资源所拥有的魔术状态。更一般地说，我们建立上下文作为一个必要的资源，所有计划的量子计算与魔术状态的量子比特，满足三个简单的假设。此外，我们确定严格的一致性条件，这样的计算方案，揭示了一般结构的负维格纳函数，硬度的经典模拟的计算，和上下文连接。
2017-06-25 quant-ph
Contextuality in Measurement-based Quantum Computation
我们表明，在量子比特系统的自然假设下，基于测量的量子计算（MBQC）以高概率计算非线性布尔函数是上下文的。类的上下文MBQC包括一个例子，这是实际的利益，并具有超多项式加速比最知名的经典算法，即量子算法，解决离散对数问题。
2013-04-27 quant-ph
Very ample line bundles, contextuality and quantum computation
我把语境与线束联系起来。线丛在代数几何中是重要的，它们通过整体截面确定到射影空间的有理映射。我解释如何这样的地图，如果他们存在，合理的测量为基础的计算（MBQC）的输入和输出，并显示几何，的确，上下文是一个必要的资源MBQC的计算优势。我还利用MBQC的定义范畴理论，并提出它作为一个“子函子”的频谱预层。一般来说，MBQC函子是无意义的，而计算是微不足道的。
2016-02-17 quant-ph
Wigner function negativity and contextuality in quantum computation on rebits
我们描述了一个通用的方案，量子计算的状态注入rebit（状态与实密度矩阵）。对于这个方案，我们建立了上下文性和Wigner函数负性作为计算资源，推广了[M.霍华德等人，Nature 510，351- 355（2014）]到两级系统。为此，我们定义了一个适合于$n$ rebits系统的Wigner函数，并证明了相应的离散Hudson定理。我们引入rebit状态的上下文证人，并讨论我们的结果与状态无关的上下文的兼容性。
2015-05-18 quant-ph
Contextuality as a resource for models of quantum computation on qubits
量子计算的一个核心问题是确定负责量子加速的资源。量子上下文最近被证明是一个资源的量子计算与幻态的奇素数维量子和二维系统的实波函数。状态独立的上下文性的现象构成了一个先验的障碍，以表征规则量子比特的情况下，量子计算的基本构建块。在这里，我们建立了一个必要的资源，一个大类的量子计算方案的量子比特的魔术状态的上下文。我们用一个与基于测量的量子计算相关的具体方案来说明我们的结果。
2017-09-25 quant-ph
Reliable computation from contextual correlations
一种基于相关性的计算研究的操作方法考虑了具有一位输入和输出的黑盒，由有限的经典计算机控制，只能执行模2求和。在这种情况下，它表明，非上下文相关性不提供任何额外的计算能力，而上下文相关性被发现是必要的非线性布尔函数的确定性评估。在这里，我们调查的要求，在这种情况下，可靠的计算，也就是说，任何布尔函数的成功概率界远离1/2的评估。我们表明，二分CHSH量子关联足以可靠的计算。我们还证明了一个任意小的违反多部GHZ非上下文不等式也足以可靠的计算。
2017-08-14 quant-ph
A Contextual $ψ$-Epistemic Model of the $n$-Qubit Stabilizer Formalism
上下文性是非定域性的一种推广，它被认为是提高量子计算速度的一种资源。对于使用奇素数维量子比特的通用量子计算，上下文性已被证明是必要的，也可能是足够的资源。然而，上下文在量子比特量子计算中的作用仍然是开放的。$n$ -量子比特稳定器形式主义本身不能提供量子计算机超多项式计算优势超过经典对应物，是上下文。因此，上下文不能被认为是量子计算的足够资源。但是，它可以被认为是一种必要的资源。在本文中，我们构建了一个上下文$ψ$ -认识本体论模型的$n$ -量子比特稳定剂形式主义，调查的上下文存在的形式主义。我们证明了这样一个模型是可能的结果确定性，因此有一个值分配给所有泡利观测。在我们的模型中，值分配必须在测量任何可观察的稳定器之后更新。值得注意的是，这包括与测量值互换的可观测值的赋值。一个比已知的不去定理所要求的更强的上下文性的表现。
2019-04-08 quant-ph
Quantum Advantage from Sequential-Transformation Contextuality
我们引入了一个概念的上下文转换顺序的上下文中，不同的贝尔-Kochen-Specker和Spekkens的上下文概念。在一个基于变换的量子计算模型中，我们证明了强序列变换上下文对于非线性函数的确定性计算是必要的和足够的，如果经典组件被限制为mod 2线性和匹配约束适用于任何底层本体。对于概率计算，顺序变换的上下文是必要的和充分的优势，在这项任务中，优势的程度量化地涉及到上下文的程度。
2018-12-10 quant-ph
Contextuality as a resource for measurement-based quantum computation beyond qubits
背景性--以经典统计方式描述量子力学的障碍--已经被提出作为推动量子计算的资源。测量为基础的模型提供了一个具体的表现形式的语境作为一种计算资源，如下。如果多量子比特状态上的局部测量可以用于评估仅具有线性控制处理的非线性布尔函数，那么这种计算构成了强上下文性的证明-可能的局部测量结果不能全部被预先分配。然而，这种联系仅限于局部测量系统是量子比特的特殊情况，从上下文的角度来看，量子比特具有不寻常的性质。与高维系统不同，单个量子位不能允许上下文性的证明，而多个量子位可以允许状态独立的上下文性，只有泡利可观测量，这也与高维泛化不同。在这里，我们精确地确定，强非局部性是必要的qudit测量为基础的计算，评估高次多项式函数，只有线性控制。我们引入了局部普适性的概念，它在单量子点测量的约束下可访问的输出函数的空间上设置了一个边界。因此，将物理系统划分为子系统对于提高计算能力起着至关重要的作用。我们的设置的一个突出特点是，量子位和量子点测量为基础的计算的资源是相同的基本性质，避免与量子位上下文相关的病理。
2018-09-25 quant-ph
Contextuality supplies the magic for quantum computation
量子计算机有望比经典计算机有巨大的优势，但最基本的问题“量子计算的能量来源是什么？”“仍然难以捉摸在这里，我们证明了一个显着的等价性之间的发病的上下文和通用量子计算的可能性，通过魔术状态蒸馏。这是一个概念上令人满意的链接，因为上下文提供了一个独特的量子现象的基本特征之一，此外，魔态蒸馏是实验实现容错量子计算的主要模型。此外，这种联系为量子信息的资源提出了一个统一的范式：量子理论的非定域性是一种特殊的上下文，而非定域性已经被认为是实现量子通信优势的关键资源。除了澄清这些基本问题之外，这项工作还提出了量子计算的资源框架，该框架具有许多实际应用，例如表征不同的理论和实验方案之间的效率和权衡，以实现强大的量子计算，并限制量子算法经典模拟的开销成本。
2014-10-15 quant-ph
Contextuality and The Single-Qubit Stabilizer Formalism
背景性是量子理论的一个基本的非经典性质，最近被证明是在一些领先的量子计算模型中实现量子加速的关键资源。然而，在量子计算的任意模型中，需要哪种形式的上下文性，以及需要多少上下文性来获得加速，仍然不清楚。在本文中，我们表明，上下文和计算优势之间的关系比以前认为的更复杂。我们实现这一点，通过证明广义的上下文是存在的，即使在最简单的量子操作的子集，所谓的单量子比特稳定器理论，它没有提供计算的优势，以前被认为是完全非上下文。然而，单量子比特稳定器理论的上下文性可以被限制在变换中。因此，我们的结果也表明，通常考虑的测量和测量方案（忽略变换）没有完全捕捉到量子理论的上下文。
2018-05-13 quant-ph
Efficient contextual ontological model of $n$-qubit stabilizer quantum mechanics
在量子计算中研究上下文性的最著名的工具是n量子比特稳定态表表示。我们提供了一个扩展，不仅描述了量子态，但也是结果确定性。该扩展使值分配指数许多泡利可观的，但仍然是二次的内存和计算复杂性。此外，我们表明，上下文和测量干扰的机制是完全分开的。该模型将有助于研究上下文在$n$ -量子比特量子计算中的作用。
2022-09-21 quant-ph
Contextual Subspace Variational Quantum Eigensolver
我们描述了上下文子空间变分量子本征求解器（CS-VQE），一个混合量子经典算法近似的基态能量的哈密顿量。对基态能量的近似是两个贡献之和。第一个贡献来自一个非上下文近似的哈密顿量，并计算经典。第二个贡献是通过使用变分量子本征求解器（VQE）技术在量子处理器上计算上下文校正来获得的。通常，上下文校正的VQE计算使用比原始问题的VQE计算更少的量子位和测量。改变用于上下文校正的量子位的数量调整近似的质量。我们在小分子的锥形哈密顿量上模拟CS-VQE，发现达到化学精度所需的量子比特数可以减少两倍以上。计算上下文校正所需的项的数量可以减少十倍以上，而不使用其他测量减少方案。这表明CS-VQE是一种很有前途的方法，用于噪声中等规模量子器件的本征值计算。
2021-05-12 quant-ph
Nonlocality from local contextuality
我们的实验表明，非定域性可以产生从单粒子的上下文，通过使用两个粒子的关联，不违反任何贝尔不等式本身。这表明非定域性可以来自{ \em a priori}不同的更简单的现象，并连接上下文和非定域性，这两个关键资源分别用于量子计算和安全通信。从量子信息的角度看，我们的实验构成了一个原理证明，即量子系统可以同时用于量子计算和安全通信。
2016-11-23 quant-ph
Experimental test of high-dimensional quantum contextuality based on contextuality concentration
针对高维系统量子语境性实验鲁棒性不足的问题，提出最大量子违背随维度增长的非语境性不等式族，利用语境性浓缩现象在七维全光学系统中实现了68.7个标准差的违背检验。
2023-04-04 quant-ph
The role of cohomology in quantum computation with magic states
本文将量子纠错、基于测量的量子计算、对称性保护拓扑序和语境性之间的上同调网络扩展到带魔法态的量子计算，证明偶数维度中不存在克利福德协变且能正表示泡利测量的维格纳函数，并指出其障碍具有上同调性质。
2023-04-08 quant-ph
Unitary Partitioning and the Contextual Subspace Variational Quantum Eigensolver
上下文子空间变分量子本征求解器（CS-VQE）是一种混合量子-经典算法，它近似计算给定量子比特哈密顿量的基态能量。它通过将哈密尔顿算子分为上下文和非上下文部分来实现这一点。基态能量近似的经典解决的noncontextual的问题，然后解决上下文的问题，使用VQE，约束的noncontextual的解决方案。一般来说，与通过传统VQE求解完整哈密顿量相比，上下文校正的计算需要更少的量子位和测量。我们模拟CS-VQE不同的锥形分子哈密顿和应用幺正分割测量减少策略，以进一步减少所需的测量数量，以获得上下文校正。我们的研究结果表明，CS-VQE结合测量减少是一个很有前途的方法，允许可行的本征值计算的噪声中等规模的量子设备。我们还提供了对CS-VQE算法的修改; CS-VQE算法以前可能会导致汉密尔顿项呈指数级增加，但现在进行这种修改，最坏的情况将以二次方式扩展。
2023-02-13 quant-ph
SpacePulse: Combining Parameterized Pulses and Contextual Subspace for More Practical VQE
本文提出SpacePulse框架，将参数化量子脉冲与上下文子空间方法及Pauli分组策略结合，以降低VQE的量子资源成本并提升处理更大分子结构的能力。
2023-11-29 quant-ph
Experimental observation of Hardy-like quantum contextuality
上下文性是量子理论的基本属性，也是量子计算的关键资源。在这里，我们通过实验观察到了量子理论中可以说是最干净的语境形式[A. Cabello \emph{et al.}，物理学修订快报。\textbf{111}，180404（2013）]中描述的方法。这种方法为各种基础实验和应用打开了大门。
2014-12-20 quant-ph
Necessary and sufficient condition for contextuality from incompatibility
测量不相容性是量子物理区别于经典物理的最基本的资源。背景性是某些量子计算模型背后的关键资源，也是量子信息中许多应用的必要成分。因此，一个根本问题是确定不相容性何时产生上下文。在这里，我们表明，给定一个结构的不相容性的特征在于一个图，其中不相邻的顶点表示不相容的理想测量，存在的量子实现产生上下文的必要和充分条件是，这个图包含诱导循环的大小大于3。
2019-02-12 quant-ph
Vector Generation of Quantum Contextual Sets in Even Dimensional Hilbert Spaces
近年来，量子上下文性被证明是量子计算的动力之源。这一点，再加上最近的多个上下文实验，提示改进的方法产生的上下文集和发现他们的功能。最详细的上下文集，它提供了上下文实验和计算门的蓝图，是Kochen-Specker（KS）集。在本文中，我们展示了一种取代以前方法的矢量生成方法。它是通过算法和程序来实现的，这些算法和程序生成体现Kochen-Specker属性的超图，并且被设计为在超级计算机上进行。我们表明，KS超图的矢量分量生成穷尽了所有可能的矢量，可以从所选择的矢量分量构建，与以前的研究，使用不完整的矢量列表，因此错过了大多数超图。因此，这种统一的方法对于KS集的生成及其在量子计算和量子通信中的实现更加有效。本文还发现了几个新的KS类及其特征，并对它们进行了详细的阐述。讨论了Greechie图。附录A中给出了一个具有复杂坐标化的21-11 KS集合的详细而完整的蓝图，与本文发表的版本中仅给出其少数状态的蓝图形成对比。
2019-05-04 quant-ph
Vector Generation of Contextual Sets
由于量子上下文被证明是通用量子计算的必要资源，我们提出了一个一般的方法来生成超图形式的Kochen-Specker（KS）上下文集的向量。该方法取代所有以前的三种方法：（一）偶然发现的最小KS集，（二）详尽向上超图生成的集，和（三）随机向下生成的集偶然获得的大主集。与以前的作品相比，我们可以生成包含所有可能的KS集的主集，除了一些简单的向量分量之外什么都没有。从它们中，我们可以很容易地产生所有的KS集在过去的半个世纪中获得的任何指定的新KS集。因此，我们可以生成足够大的集合以及具有明确所需特征和结构的集合，以实现量子计算和通信中的各种不同实现。
2019-05-06 quant-ph
Single-photon quantum contextuality on a chip
在经典物理学中，物体的性质独立于上下文存在，即是否以及如何进行测量。量子物理学表明这种假设是错误的，自然确实是“上下文”的。背景性已经在最简单的物理系统如单粒子中观察到，并且在量子计算优势中起着基础作用。在这里，我们第一次展示了集成光子芯片中的量子上下文。该芯片实现了对单个光子在四种不同空间模式下的不同组合的测量。我们发现违反了CHSH一样的非上下文不平等的14个标准差。这为基于上下文的量子供电协议的紧凑型便携式设备铺平了道路。
2017-05-17 quant-ph
How contextuality and antidistinguishability are related
Centre for Engineered Quantum Systems, School of Physics, University of Sydney（悉尼大学物理学院工程量子系统中心）；Sydney Quantum Academy（悉尼量子学院）
本文探讨了情境性与不可区分性之间的关系，将两者视为资源，证明情境性程度与不可区分性水平直接相关。
2026-03-03 quant-ph
Logical paradoxes in quantum computation
虽然量子计算机有望比经典设备产生相当大的优势，但实现这些优势的量子理论的精确特征仍不清楚。背景性--对经典物理现实概念的否定--已经成为一个有希望的假设。幻态是实现普适量子计算的关键量子资源。它们表现出标准形式的上下文，已知使概率优势，在各种计算和通信任务。强上下文性是描述具有逻辑悖论行为的系统的上下文性的极端形式。在这里，我们考虑确定性地使量子计算的特殊魔术状态。在介绍了数论技术构建奇异的量子悖论，我们提出了大类的强上下文魔术状态，使确定性的实施门从克利福德层次。这些令人惊讶的发现支持了语境资源理论的完善，强调了逻辑悖论的计算能力。
2018-06-07 cs.LO quant-ph
Hierarchies of resources for measurement-based quantum computation
本文细化非自适应 MBQC 在 Clifford 层级操作与量子比特数量上的资源需求，刻画可计算 Boolean 函数及 stabiliser 等子理论中的最小量子比特数，提出超越语境性二元划分的资源层级。
2022-03-18 quant-ph
A Cohomological Characterization of the Clifford Hierarchy
University of Maryland（马里兰大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本文通过证明酉算子的量子导数构成非阿贝尔1-上循环，给出Clifford层级的递归上同调刻画，并应用于第三层级，证明了所有二量子比特和三量子比特门均为半Clifford。
2026-10-06 math-ph math.GR math.MP
Contextual Semantics: From Quantum Mechanics to Logic, Databases, Constraints, and Complexity
我们讨论量子非局部性和上下文，强调逻辑和结构方面。我们还展示了相同的数学结构如何出现在经典计算的各个领域。
2014-06-28 cs.LO quant-ph
A computational test of quantum contextuality, and even simpler proofs of quantumness
本研究受单设备量子优势经典检验启发，通过密码学强制时间分离，将任意互文性博弈编译为单量子设备的计算型互文性检验，并设计了更简单的量子性证明。
2024-10-28 cs.CR quant-ph
On the Quantum-like Contextuality of Ambiguous Phrases
University College London（伦敦大学学院）；Oxford University（牛津大学）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
语言是语境的，因为词语的意义取决于它们的语境。背景性是量子力学中一个定义明确的概念，它被认为是量子计算的主要资源。我们研究自然语言是否表现出量子力学的任何上下文特征。我们表明，意义组合在歧义短语可以模拟在层理论框架的量子上下文，在那里他们可以成为possibilistically上下文。使用框架的上下文默认（CbD），我们探索这些的概率变量，并表明，CbD上下文也是可能的。
2021-07-19 cs.AI cs.CL quant-ph
Topological contextuality and anyonic statistics of photonic-encoded parafermions
准粒子中毒是实现基于Majorana理论的量子计算的一个基本问题，在Majorana零模态的测量过程中会出现准粒子中毒现象。副费米子是马约拉纳费米子的自然推广，可以编码对准粒子中毒免疫的拓扑量子。虽然预期在超导分数量子霍尔系统中会出现parafermions，但目前的技术还无法实现。为了绕过这个问题，我们采用了光子量子模拟器，实验证明基于parafermion的通用量子计算的关键组成部分。我们在这篇文章中的贡献是双重的。首先，通过对光子态的操纵，我们实现了对应于仿费米子编织统计的Clifford算符Berry相位。其次，我们通过证明仿费米子编码量子态的上下文性，首次研究了拓扑系统中的量子上下文性。重要的是，我们发现，拓扑编码的上下文打开了魔态蒸馏的方式，而上下文和编织诱导的克利福德门对本地噪声有弹性。通过引入上下文，我们的光子量子模拟提供了第一步，实现拓扑量子计算的物理鲁棒性的方法。
2021-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
No quantum solutions to linear constraint systems from monomial measurement-based quantum computation in odd prime dimension
Bilkent University（比尔肯特大学）
该研究排除了在奇素数维度中测量基于量子计算的线性约束系统存在量子解的可能性，揭示了上下文性在不同形式间的区别。
2026-01-16 math-ph math.MP quant-ph
Quantum Contextual Hypergraphs, Operators, Inequalities, and Applications in Higher Dimensions
该研究针对量子情境性现有构造多为低维、表示偏算子化的问题，提出了复杂度不随维度增长的任意维情境超图生成方法，给出32维超图示例，实现情境性精确量化，并探索了其在量子通信与计算中的应用。
2025-01-16 math-ph math.MP quant-ph
Contextuality, decoherence and quantum trajectories
在这里，我们通过一个简单的简化的量子轨道模型，试图模拟多维的，系统加环境的玻姆轨道到简化系统的子空间上的投影的行为，分析量子上下文和退相干之间的关系与物质粒子的干涉实验。这个模型使我们能够理解交叉的子系统轨迹的干扰淬火和擦除的组合效果的“哪条路”的信息，这可以是实用的解释退相干效应在多维系统中，充分的Bohmian治疗变得禁止计算。
2009-08-24 physics.chem-ph quant-ph
Hypergraph Contextuality
量子上下文性是量子计算能力的一个来源，也是经典结构和量子结构之间的一种理论联系。它已经被大量的实验所证实，并促使产生状态独立的上下文集，即能够揭示给定维度的任何量子态的量子上下文性的量子可观测集。有两大类与状态无关的上下文集-Kochen-Specker上下文集和基于操作符的上下文集。在本文中，我们提出了第三，超图为基础的类的上下文集。超图不等式用作上下文性的度量。我们将自己限制在qutrits，并获得数千个3-dim上下文集。其中最简单的只涉及5个量子可观测量，因此可以直接实现。它们还能够建立新的熵上下文。
2019-11-15 math-ph math.MP quant-ph
Quantum Contextuality
量子上下文集是实现量子计算、量子操纵和量子通信的重要资源。因此，我们专注于设计支持这些资源的集合，并确定它们的结构和属性。这样的工程和随后的实现依赖于量子态的测量数据的统计与它们的经典对应物的统计之间的区分。所考虑的鉴别子是为超图定义的不等式，超图的结构和生成由其基本性质决定。生成本质上是随机的，但具有可获得数据的预定量子概率。对超图和六类不等式定义了两类数据统计量。一种统计，经常在文献中使用，原来是不合适的，两种不等式原来不是非上下文不等式。结果是通过使用通用的自动化算法生成超图的奇数和偶数的超边在任何奇数和偶数维空间-在本文中，从最小的上下文集只有三个超边和三个顶点的任意多个上下文集在高达8维空间。更高的维度虽然可行，但在计算上要求很高。
2023-03-13 math-ph math.MP quant-ph
Coming full circle -- A unified framework for Kochen-Specker contextuality
本研究基于“互文连接”工具构建“可观测量代数”框架，证明有限维系统KS互文性的完整表征，统一了经典KS互文性概念与现代互文关联研究方法，厘清了不同互文性概念间的精确关系。
2025-01-16 math-ph math.MP quant-ph
Twenty years of quantum contextuality at USTC
量子上下文性是量子力学最令人困惑和奇特的特征之一。简而言之，它指的是这样一种观察：在量子力学中，一次测量的结果取决于实际进行的一组联合测量。中国科学技术大学对语境的研究由来已久。在这里，我们回顾了在过去的20年里，在这个方向取得的理论和实验进展。我们首先介绍著名的最简单的证明国家独立的上下文。然后，我们提出了几个实验测试的量子与非上下文理论与光子。最后讨论了上下文性在一般量子信息科学中的作用及其在量子计算中的应用。
2022-06-12 physics.hist-ph physics.optics quant-ph
