A High Speed, Post-Processing Free, Quantum Random Number Generator
介绍了一种基于InGaAs光电二极管门控单光子探测的GHz频率量子随机数发生器（QRNG）。由于每个光子的相干时间非常长，每个光子的波函数在光电二极管的许多门控周期上延伸。光子波函数在随机选通周期上的崩溃以及光子随机到达时间检测事件被用于以4.01兆比特/秒的速率生成随机比特序列。重要的是，随机输出本质上是无偏置的，并且不需要后处理过程来通过随机数统计测试，这使得QRNG成为一个非常简单的设备。
2008-07-25 cs.CR quant-ph
From Fundamental Dynamics to Applied Cryptography: Studies on the Quantum Speed Limit and Fully Passive Quantum Key Distribution
The University of Hong Kong（香港大学）
本文研究了量子信息处理的两个前沿领域：动态演变的基本物理限制和安全量子通信网络的实用实现。
2026-05-17 quant-ph
The maximum speed of dynamical evolution
本文讨论了一个孤立的物理系统在给定的时间内所能通过的最大不同状态数--它的最大动力学演化速度的计数问题。以前的分析已经给出了系统能量的标准差的界限;在这里，我们给出了一个严格的界限，它只依赖于E-E0，系统的平均能量减去其基态能量。我们还讨论了我们的动态演化速度上的界限所隐含的信息处理速率的界限。例如，给一台计算机增加一焦耳的能量，它的处理速度永远不会超过每秒3x10^33次运算。
1998-10-25 quant-ph
Speedup for quantum optimal control from automatic differentiation based on graphics processing units
我们实现了一种基于自动微分的量子最优控制算法，并利用图形处理单元（GPU）提供的加速。自动微分使我们能够指定高级优化标准，并轻松将其纳入优化过程。我们表明，使用GPU可以加快计算速度超过一个数量级。我们的策略有利于高效的数值模拟负担得起的台式电脑，并探索一系列的优化约束和系统参数相关的现实生活中的实验。我们展示了基于每个中间时间步的细粒度性能评估的量子演化优化，从而实现对演化路径的更复杂控制，抑制偏离截断模型子空间，以及最小化执行高保真状态准备和酉门所需的物理时间。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Zermelo Navigation and a Speed Limit to Quantum Information Processing
我们使用特定的几何方法来确定在具有特定一类约束控制函数的受控量子系统中实现量子门的速度限制。我们实现这一点，通过应用最近的沈定理，它提供了一个连接时间最优导航黎曼流形和测地线的某一芬斯勒度量的兰德斯型。我们使用这些测地线的长度，以获得最佳的实施时间（在恒定的控制字段的假设下）为任意的量子操作（在有限维希尔伯特空间），并明确计算的情况下的控制单自旋系统的磁场，和海森堡自旋链中的交换门的结果。
2014-06-13 cs.ET quant-ph
Quantum Computing without Quantum Computers: Database Search and Data Processing Using Classical Wave Superposition
量子计算是一个新兴的科学领域，它最终将引导我们开发出新的强大的逻辑器件，其功能远远超出当前基于晶体管的技术的限制。量子计算机可以从根本上比传统数字计算机更快地解决某些类型的问题。存在需要叠加和纠缠的量子算法（例如Shor算法）。但无论是Grover算法还是Deutsch和Jozsa的第一个量子算法都不需要纠缠。有没有可能利用经典的波叠加来加速数据库搜索？这个有趣的问题由S.劳埃德得出的结论是，依赖于波干涉的经典设备可以提供与量子设备相同的经典数字设备的加速。利用光束叠加法对Grover算法进行了仿真实验。得出的结论是，使用经典波叠加伴随着资源的指数增加的成本。从那时起，人们普遍认为，将经典波叠加用于量子算法不可避免地导致指数级的资源开销（设备数量，功耗，精度要求）。在这项工作中，我们描述了一个经典的Oracle机，利用经典的波叠加数据库搜索和数据处理。我们目前的实验数据磁数据库搜索使用自旋波叠加。数据显示，在没有任何指数级资源开销的情况下，数字计算机的基本加速。我们认为，在某些情况下，经典的基于波的方法可以提供相同的加速数据库搜索量子计算机。
2020-12-15 quant-ph
Non-uniform magnetic field as a booster for quantum speed limit: faster quantum information processing
本文研究了电子在非均匀磁场中的量子速度极限。我们表明，QSL增加到一个大的值，但在制度的因果关系，通过选择一个适当的变化磁场。我们还探讨了量子稳定性对电子自旋的依赖性，发现在相对论区域，自旋向下的电子的量子稳定性更高。这对于实现量子信息的更快传输速度是有用的。此外，我们使用Bremermann-Bekenstein绑定找到一个临界磁场，桥梁之间的差距，非相对论和相对论的治疗，并涉及到物质的稳定性。建立了一个分析框架。我们还提供了一个合理的实验设计，以补充我们的理论。
2022-08-23 cond-mat.other gr-qc quant-ph
Quantum Signal Processing, Phase Extraction, and Proportional Sampling
量子信号处理（QSP）是一种可用于实现应用于酉$U$的本征值的多项式变换$P(x)$的技术，只要$P$满足一些容易满足的条件，则基本上实现操作$P(U)$。一个丰富的类以前已知的量子算法被证明是派生或减少到这种技术或其扩展之一。在这项工作中，我们表明，QSP可以用来解决一个新的问题，我们称之为相位提取，这可以用来提供量子加速比例采样，感兴趣的问题，在机器学习应用和量子态准备。我们表明，对于某些采样分布，我们的算法提供了一个几乎二次的速度超过经典的采样程序。然后，我们通过构建一系列算法来扩展结果，这些算法逐渐放松对元素空间的依赖。
2023-03-20 quant-ph
High-speed Implementation of FFT-based Privacy Amplification on FPGA in Quantum Key Distribution
保密放大（PA）是量子密钥分发（QKD）中的一个重要过程，它能从通信双方相同的纠错密钥中产生出窃听者仅具有可忽略信息的密钥。随着离散变量量子密钥分配（DV-QKD）系统重复频率的不断提高，PA的处理速度已成为制约DV-QKD系统安全密钥速率的瓶颈。基于Toeplitz Hash函数的PA由于其简单性和并行性而被广泛采用。由于该算法可以用快速傅立叶变换（FFT）来加速，因此在此基础上提出了一种适用于现场可编程门阵列（FPGA）的PA改进方案。本文改进了基于FFT的自定义算法，显著减少了计算次数和读写内存操作。在Xilinx Virtex-6 FPGA上实现，验证了算法的正确性。同时，通过实际实验，改进方案在FPGA上的处理速度比经典Toeplitz散列方案提高了近一倍。
2018-09-21 quant-ph
Quantum Algorithms: Entanglement Enhanced Information Processing
我们讨论的基本作用纠缠的基本非经典特征提供了计算速度在已知的量子算法。我们回顾了阿贝尔群上傅里叶变换的构造和快速傅里叶变换算法的基本原理。我们描述了在量子背景下整数模2^n群的FFT算法的实现，展示了群论形式主义如何导致标准量子网络，并确定了引起指数加速的纠缠特性（与经典FFT相比）。最后，我们概述了使用傅立叶变换提取周期性，这是它的效用在已知的量子算法的基础。
1998-03-26 quant-ph
Stronger Quantum Speed Limit
量子速度极限提供了量子系统在初始状态和最终状态之间演化的基本界限。对于幺正演化，著名的Mandelstam-Tamm（MT）界已经被广泛研究的各种系统。在这里，我们证明了一个更强的量子速度限制（SQSL）的所有量子系统进行任意幺正演化，并表明MT界是一个特殊的情况下，更强的量子速度限制。我们应用我们的结果为单一的系统以及在可分离和纠缠态的复合系统，并表明新的界限确实是紧的。更强的量子速度极限将在量子控制、量子计算和量子信息处理等方面有着广泛的应用。
2022-08-10 quant-ph
High-speed thin-film lithium niobate quantum processor driven by a solid-state quantum emitter
可扩展的光子量子计算架构对光子处理设备提出了严格的要求。对低损耗高速可重构电路和接近确定性的资源状态发生器的需求是一些最具挑战性的要求。在这里，我们开发了一个集成的光子平台的基础上的薄膜锂钛酸盐和接口，它与确定性的固态单光子源的基础上的量子点在纳米光子波导。产生的光子用低损耗电路处理，可编程速度为几GHz。我们实现了各种关键的光子量子信息处理功能的高速电路，包括片上量子干涉，光子解复用，和可重编程的四模式通用光子电路。这些结果表明，通过将集成光子学与固态确定性光子源以异构方法合并以扩大规模，可扩展光子量子技术有希望向前发展。
2022-11-10 physics.optics quant-ph
Information processing at the speed of light
本文综述了光子量子计算的核心技术、器件组件、量子通信与互联网实现，并探讨了可扩展容错光子量子计算机的发展路径、应用前景与挑战。
2024-10-01 physics.optics quant-ph
Spin entangled state transfer in quantum dot arrays: Coherent adiabatic and speed-up protocols
量子态的远距离传输是大规模量子信息处理不可缺少的一部分。提出了一种新的方案，利用相干绝热通道从量子点阵列的一边到另一边实现了两电子纠缠态的转移。该协议是介导的脉冲隧道势垒。在第二步中，我们寻求通过捷径加速绝热技术。这显著地减少了操作时间，并且因此最小化了退相干的影响。对于现有技术的固态设备的典型参数，加速协议具有纳秒范围内的操作时间，并且在主要相干性损失开始之前终止。该方案为固态量子信息处理中的纠缠传输提供了一个很有前途的候选方案。
2019-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Approach to accurately measuring the speed of optical precursors
前兆可以作为色散介质中信息传播速度的一个界限。我们提出了一种方法来识别的速度的光学前体使用基于偏振的干涉在固态设备中，它可以约束的准确性的前体的速度小于$10^{-4}$与常规的实验条件。我们的建议可能对光通信和快速信息处理具有重要意义。
2011-10-04 physics.atom-ph quant-ph
Speedup of adiabatic multiqubit state-transfer by ultrastrong coupling of matter and radiation
超强耦合量子硬件可以提高分布式体系结构中量子态处理的速度，允许接近容错阈值。我们表明，电路QED架构在超强耦合制度，最近已经证明了与超导体，可能会显示出实质性的加速一类绝热协议弹性的主要来源的错误，即动态Casimir效应和腔损耗的相互作用。
2019-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrafast Processing of Hyper-Entangled Bell States at the Optical Bandwidth Limit
Bar-Ilan University（巴伊兰大学）
利用双偏振SU1,1非线性干涉仪物理探测超纠缠双光子，实现每秒5×10^11通量的偏振贝尔态产生与测量，速度提升超5个数量级。
2026-09-29 physics.optics quant-ph
Information Processing in Quantum Thermodynamic Systems: an Autonomous Hamiltonian Approach
University of Massachusetts, Boston（马萨诸塞大学波士顿分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩分校）；Quantum Science Institute, University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩分校量子科学研究所）
本研究采用自主哈密顿量框架，推广含初始关联的自主系统信息处理的热力学第二定律，推导功源的催化剂约束，提出量子热力学速度极限并得到动力学版朗道尔界，还在量子假设检验中阐释其意义。
2026-07-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Fully integrated 3.2 Gbps quantum random number generator with real-time extraction
本文提出了一种通过测量激光相位起伏实现的实时全集成量子随机数发生器。基于激光相位起伏的QRNG方案具有产生超高速随机数的能力。然而，实际QRNG的速度瓶颈在于随机性提取的有限速度。为了弥补随机数生成速度快和后处理速度慢之间的差距，提出了一种基于Toeplitz矩阵散列的流水线提取算法，并在高速现场可编程门阵列中实现。此外，所有QRNG组件都集成到一个模块中，包括紧凑的主动稳定干涉仪，高速数据采集以及实时数据后处理和传输。实时提取的QRNG模块最终生成速率可达3.2 Gbps。
2016-06-30 cs.CR quant-ph
