Fundamental limitation on qubit operations due to the Bloch-Siegert Oscillation
我们表明，如果拉比频率是可比的玻尔频率，使旋转波近似是不适当的，一个额外的振荡与拉比振荡。我们讨论了如何的敏感度的激发场的相位可能会造成严重的限制，涉及低频跃迁的量子比特的精确旋转。我们提出了一个方案，观察这种效应在原子束。
2002-12-20 quant-ph
Fundamental limitations of the eigenvalue continuation approach
在这项工作中，我们表明，本征值连续的方法最近在[物理。{ \bf 121}，032501（2018）]，尽管有许多优点，但有一些基本的局限性，当考虑强相关的多体系统时，这些局限性无法克服。作为一个工作的例子，一个非常简单的系统中的几个费米子粒子被限制在一个谐波陷阱，我们表明，本征矢量的延续是不能够超越采样状态的准确性。我们支持这一观察在一个非常简单的三层模型直接捕捉这个障碍。由于所提到的不准确性不能在特征值延拓方法中自洽地确定，因此需要其他补充方法的支持。
2022-08-18 cond-mat.quant-gas nucl-th quant-ph
Fundamental limitation of ultrastrong coupling between light and atoms
在我们最近的工作[物理学。112，073601（2014）]，我们推广了Power-Zineau-Woolley规范来描述任意受限几何中原子的电动力学。在这里，我们补充的理论，提出了一个易于处理的形式的极化场表示原子材料与定义良好的原子内电位。原子间的直接静电偶极-偶极相互作用被取消。这个理论产生了一个合适的框架，以确定在量子光学模型与可辨别的原子的光-物质耦合的限制。我们发现超辐射临界处于共价分子形成和结晶的边界。
2016-04-12 cond-mat.other quant-ph
Fundamental gravitational limitations to quantum computing
劳埃德考虑了物理学对量子计算机的最终限制。他特别得出结论，对于一台"终极笔记本电脑“（体积为1升，质量为1千克的计算机）来说，每秒的最大运算次数以$10^{51}$为界。考虑到普通的量子力学的限制。这里我们考虑由量子引力思想所施加的额外限制，即使用时间的关系概念和存在于时间测量上的基本引力限制。然后，我们详细说明的情况下，最终的笔记本电脑，并表明，操作的最大数量进一步限制到每秒$10^{47}$。
2005-07-27 gr-qc hep-th quant-ph
Characterisation and fundamental limitations of irreversible stochastic steering distillation
本文研究了不可逆场景下的随机导引提纯问题，给出了完整表征，将最大相对熵解释为最优滤波成功概率，并证明测量不相容性为随机导引提纯设定了基本限制。
2023-09-12 quant-ph
Fundamental Limitation on Cooling under Classical Noise
本文证明了一个一般性定理，即在假设初始系统环境因子分解的条件下，任意经典噪声或随机幺正信道的作用不能增加开放量子系统的任何本征态的最大布居数。这样的因式分解是开放系统动力学描述的传统起点。特别是，我们的定理意味着一个系统不能理想地冷却下来，除非它最初准备作为一个纯态。由此产生的不等式严格限制了仅通过时间操纵来冷却系统的可能性，即，动态控制系统的哈密顿量，而不诉诸基于测量的冷却方法。
2016-09-07 quant-ph
Belief Propagation and Tensor Network Expansions for Many-Body Quantum Systems: Rigorous Results and Fundamental Limits
Princeton University（普林斯顿大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
本文研究信念传播在多体量子系统中的应用，证明在满足环衰减条件的PEPS状态中，结合簇修正可使局部算符的相对误差指数级减小，并揭示簇修正与物理关联函数的直接联系，从而严格界定信念传播在不同相变点的成功条件。
2026-04-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
Fundamental bounds on many-body spin cluster intensities
针对多量子相干光谱中自旋团簇可观测尺寸受限于系统尺寸平方根的问题，研究建立了非弱极化热力学极限下多量子相干强度的基本界，发现其转变点与系统尺寸和极化率成正比，可通过超极化技术突破尺寸限制，为大自旋团簇观测提供实验指导。
2024-12-11 physics.chem-ph quant-ph
Many-body effects in quantum metrology
研究了多体效应对量子精密测量基本精度极限的影响。一方面，这种效应可能导致非线性哈密顿量，在非线性量子精密测量领域中进行了研究，而另一方面，它们可能导致无法使用单体噪声模型描述的退相干过程。我们提供了一个一般的推理，允许预测的基本缩放精度在这样的模型中作为系统中存在的原子的数量的函数。此外，我们描述了一个计算效率高的方法，允许一个简单的推导定量界限。我们说明了这些一般性的考虑，详细分析的基本精度界限在一个典型的原子干涉实验与标准的线性哈密顿量，但考虑到单和两个身体的损失-一个模型，这是出于最近的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的磁力测量实验。使用这个例子，我们还强调了原子数超选择规则的影响，保护干涉协议对退相干的可能性。
2018-10-17 quant-ph
Fundamental limitations to information transfer in accelerated frames
我们研究了惯性观测器和两个因果断开计数器加速观测器之间的通信。我们将限制量子信道考虑惯性加速二部经典和量子通信在不同的Unruh模式（单轨或双轨编码）。我们发现，相干信息（因此，可以通过状态合并协议产生的纠缠量）在这个强烈限制的通道中呈现出一些有趣的一夫一妻制的惯性和只有一个加速观察员之间的属性，如果我们采取固定的选择在通道中使用的Unruh模式。本文还研究了可控参数的优化问题，发现它们偏离了文献中通常采用的值。
2012-12-22 gr-qc quant-ph
Fundamental limitations on the device-independent quantum conference key agreement
在设备无关的会议密钥协商（DI-CKA）方案中，我们提供了几个一般的上界。它们包括减少纠缠措施和那些基于多方保密单调的界限，如多方挤压纠缠为基础的措施，我们称之为减少c-挤压纠缠。我们比较后一个界与已知的下界的协议的会议密钥蒸馏的奇偶性Clauser-Horne-Shimony-Holt游戏的基础上。我们还表明，DI-CKA率和设备相关的速率之间的差距是继承从设备无关和设备相关的关键率之间的二分差距，给出的例子，表现出严格的差距。
2023-01-12 cs.IT math-ph math.IT
Fundamental limitations in spin-ensemble quantum memories for cavity fields
非均匀加宽的自旋系综在当今实现混合量子处理架构中起着重要作用。当耦合到谐振器时，这样的系综可以用作谐振器场的多模量子存储器，并且通过采用自旋重聚焦技术，量子存储时间可以扩展到系综中的各个自旋的相干时间。在本论文中，我们调查这样一个存储器协议能够存储一个未知的共振场状态，我们分别研究的协议的各个组成部分：存储和读出部分，自旋系综和共振场去耦的存储器保持时间，和采用自旋重新聚焦技术的部分。使用分析和数值方法，我们得出如何获得内存性能的规模与各种物理参数。
2013-09-21 quant-ph
Quantum simulation of three-body interactions in weakly driven quantum systems
实现有效的哈密尔顿算子，其特征是超越成对耦合的多体相互作用，这将使支撑拓扑物理和量子计算的中心模型的量子模拟成为可能。我们克服了微扰Floquet工程的关键限制，并讨论了超导电路和分子纳米磁体中纯三体哈密顿量的高精度实现。
2021-06-23 cond-mat.quant-gas quant-ph
Limitations of SVD-Based Diagnostics for Non-Hermitian Many-Body Localization with Time-Reversal Symmetry
Shanxi University（山西大学）；Xinzhou Normal University（忻州师范学院）；Zhejiang Sci-Tech University（浙江理工大学）
本文研究了SVD诊断方法在非厄密多体系统中识别MBL转变的局限性，发现其在TRS保持情况下无法准确定位临界点。
2026-08-03 cond-mat.dis-nn quant-ph
Computational Complexity of interacting electrons and fundamental limitations of Density Functional Theory
量子力学的中心问题之一是确定通过库仑势相互作用的电子系统的基态性质。自从Hohenberg、Kohn和Sham提出以来，密度泛函理论（DFT）已经成为模拟相互作用电子系统的最广泛使用和最成功的方法，使他们的原创工作成为物理学中引用最多的方法之一。在这封信中，我们表明，该领域的计算复杂性的DFT施加基本的限制，作为一个有效的描述相关的通用功能将允许解决任何问题的类QMA（量子版本的NP），因此特别是任何问题的NP在多项式时间。这是因为，即使对于量子计算机来说，在外部磁场中找到哈伯德模型的基态能量也是一个困难的问题，而给定通用泛函，它可以使用DFT有效地计算。这清楚地说明了即使量子计算机永远不会建成，量子计算领域也是有用的。
2010-09-27 quant-ph
Fundamental limitations on optimization in variational quantum algorithms
Baidu Research（百度研究院）；Tsinghua University（清华大学）
探索近期量子器件的量子应用是量子信息科学的一个快速发展的领域，具有理论和实际意义。建立这种近期量子应用的一个主要范例是变分量子算法（VQA）。这些算法使用经典优化器来训练参数化的量子线路以完成某些任务，其中电路通常被随机初始化。在这项工作中，我们证明了，对于一个广泛的类这样的随机电路，通过调整电路内的任何本地量子门的成本函数的变化范围指数地消失的量子比特的数量具有很高的概率。这个结果可以以自然的方式统一对基于梯度和无梯度优化的限制，并揭示对VQA训练环境的额外严格限制。因此，VQA的可训练性的一个根本限制被解开，表明在指数维希尔伯特空间中的优化难度的本质机制。我们进一步展示了我们的结果的有效性与代表性VQA的数值模拟。我们相信，这些结果将加深我们对VQA可扩展性的理解，并为寻找具有优势的近期量子应用提供帮助。
2022-08-14 cond-mat.dis-nn cs.LG quant-ph
Fundamental limitations in Lindblad descriptions of systems weakly coupled to baths
在文献中，以Lindblad形式写下马尔可夫量子主方程来描述具有多个自由度并且弱连接到多个热浴的系统是非常常见的，这些热浴通常可以处于不同的温度和化学势。然而，微观导出的量子主方程的领导秩序在系统浴耦合是所谓的Redfield形式，这是已知的，在大多数情况下不保持完全的积极性。另外的近似Redfield方程需要获得Lindblad形式。我们对Redfield方程的任何进一步近似提出了一些基本要求，如果违反这些要求，将导致物理上的不一致，如能量本征基中的主阶粒子数和相干性的不准确性，热化的违反，非平衡稳态（NESS）下局部守恒律的违反。我们认为，这些条件中的一个或多个一般将被违反在所有弱系统浴耦合Lindblad描述现有的文献中，据我们所知。作为一个例子，我们研究了最近推导出的通用林德布拉德方程（ULE），并使用这些条件来显示违反当地的守恒律，由于不准确的相干性，但准确的人口在能量本征基。最后，我们在一个相互作用的开放量子自旋系统中数值验证了我们的分析结果。
2022-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Fundamental Limitations on Communication over a Quantum Network
本文提出时间纠缠框架，刻画量子网络通信性能与跨时间纠缠的内在联系，并展示其对量子隐形传态、量子中继器及噪声下通信距离的提升。
2023-06-08 quant-ph
Fundamental limitations on entanglement extraction from purity
Heinrich Heine University Düsseldorf（杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）；German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）
本文研究了纯度对纠缠生成的基本限制，通过定义完全绝对可分态并给出其完整刻画，推导出仅依赖于最大最小特征值和最小局部维数的可分性充分条件。
2026-05-28 quant-ph
Fundamental limitations on photoisomerization from thermodynamic resource theories
小的、不平衡的、量子系统不符合简单的热力学表达式。这样的系统以分子开关为例，其与浴进行热交换。这些分子在吸收光时可以光致异构化，或改变构象，或转换。光异构化的概率取决于动力学细节，耦合分子的能量，其耗散。因此，一个简单的，一般的，抽象式的光致异构化概率的界限似乎遥不可及。我们使用资源理论推导出这样的界限。资源理论框架是一套数学工具，在量子信息理论中发展，用于将热力学推广到小的和量子的设置。从这个工具包已经得出了推广的第二定律，热majorization前序。我们使用热平衡来限定光异构化概率的上限。然后，我们比较了边界与平衡预测和Lindbladian模型。我们确定了一个现实的参数制度，其中Lindbladian演变饱和的热约束。我们还量化了电子自由度的能量相干性，我们认为，这种相干性不能促进光异构化。这项工作说明了如何量子信息理论热力学可以阐明复杂的量子过程中的性质，实验和合成。
2020-04-21 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph quant-ph
Non-Perturbative Topological Gadgets for Many-Body Coupling
School of Computing, Newcastle University（纽卡斯尔大学计算机学院）
本文提出利用非微扰拓扑工具实现高阶多体相互作用，通过拓扑缺陷子空间的奇偶性质，展示了一种基于三体耦合的伊辛自旋链结构，并探讨了冰状系统在多体耦合中的应用。
2026-09-25 quant-ph
Fundamental limitations to local energy extraction in quantum systems
我们研究了当存在强耦合和纠缠时，从一个二分量子系统中局部提取能量的可能性，这是一项预期将受到低能本征态纠缠限制的任务。我们充分刻画这种独特的概念“被动性”找到必要和充分条件，这种提取是不可能的，使用技术从半定规划。这是第一次在能量提取的背景下使用这种技术，这为探索量子热力学中的其他类型的被动性开辟了一条道路。我们还显著地加强了Frey等人以前的结果，通过显示在出现这种钝化的阈值温度上的物理相关的定量界限。此外，我们还展示了如何在热力学极限的热态，这也不去的结果，只要空间相关性衰减足够快，我们给出了数值例子。
2019-11-06 hep-th quant-ph
Fundamental Limitations within the Selected Cryptographic Scenarios and Supra-Quantum Theories
该论文研究量子与超量子密码场景中密钥速率的基本限制，提出量子互联网重路由攻击及对策、量子中继器上界、网络容量下界，并引入压缩非局域性度量。
2023-11-14 cs.CR quant-ph
Fundamental limitation on quantum broadcast networks
在复杂的量子网络上分发纠缠的能力是迈向量子互联网的重要一步。近年来，人们在理论上做了大量的工作，主要集中在通过由两体量子信道组成的简单量子网络来分配两体纠缠。然而，有许多量子信息处理协议是基于多体纠缠而不是二体纠缠。虽然多体纠缠可以通过二体信道的网络来分发，但更自然的方式是使用更通用的网络，即包括量子广播信道的量子广播网络。在这项工作中，我们提出了一个一般的框架工作，推导出GHZ状态或多体私人状态可以分布在任意量子广播网络的不同的缔约方之间的速率的上限。我们的上界是根据多体压缩纠缠来写的，对应于最近导出的界的推广[K。Azuma等人，国家通信7，13523（2016）]。我们还讨论了如何可以通过将聚合量子中继器协议与图论概念相结合来获得下界。
2017-05-18 quant-ph
Lecture Notes on Quantum Simulation
这些课堂讲稿是为汉诺威莱布尼茨大学2013年讲授的一门研究生水平的量子模拟课程编写的。课程的第一部分讨论了多体量子系统的数值描述的各种最先进的方法。特别是，我解释成功的应用程序和固有的限制，由于指数的复杂性的多体问题。在课程的第二部分，我将展示如何使用高度可控的量子系统，如超冷原子，将提供一种方法来克服经典模拟方法的局限性。我讨论了一些理论和实验成果，并勾勒出未来的发展道路。
2017-04-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Fundamental Limitations on the Reliabilities of Power and Work in Quantum Batteries
University of Oulu（奥卢大学）；Indian Institute of Science Education and Research (IISER), Mohali（印度科学教育研究所（莫哈利））；QMill Oy（QMill公司）；Leibniz Institute of Hannover（汉诺威莱布尼茨研究所）；TU Berlin（柏林工业大学）；ICFO - Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；ICREA（加泰罗尼亚高级研究学院）
该研究揭示了量子电池中功率与工作可靠性之间的根本性权衡，指出混合充电方案在实现高功率和可靠性方面的重要性。
2026-01-08 quant-ph
No quantum advantage without classical communication: fundamental limitations of quantum networks
本文证明仅依赖长距离二分纠缠分发、本地操作和共享随机性的量子网络无法制备GHZ态和簇态等资源态，从而无法实现相关量子优势，并指出经典通信与量子存储器结合的必要性。
2025-03-12 quant-ph
Linking the rotation of a rigid body to the Schrödinger equation: The quantum tennis racket effect and beyond
设计高效且鲁棒的脉冲序列是量子控制的基本要求。数值方法可用于此目的，但对控制机制的了解相对较少。在这里，我们表明，一个经典的刚体的自由旋转起着基本的作用，在控制的二能级量子系统的外部电磁脉冲。对于一个状态到状态的转移，我们得到一个家庭的控制领域取决于两个自由参数，这使我们能够调整的效率，时间和鲁棒性的控制过程。作为一个说明性的例子，我们考虑网球拍效应的量子模拟，这是任何经典刚体的几何性质。利用核磁共振技术，对自旋1/2粒子的控制实验证明了这种效应。我们还表明，一个刚体的动力学可以用来实现单量子位量子门。特别地，可以基于刚体的蒙哥马利相位来实现非绝热几何量子相位门。讨论了门的鲁棒性问题。
2017-06-26 quant-ph
Strong quantum metrological limit from many-body physics
本文利用 Lieb-Robinson 光锥给出量子 Fisher 信息增长的普适速度极限，建立考虑多体资源态制备复杂性的强量子计量极限。
2023-04-12 quant-ph
Thermodynamics of Minimal Coupling Quantum Heat Engines
最小耦合量子热机是一种由显式储能系统、热浴和工作体组成的热机，工作体通过离散冲程--能量守恒的两体量子操作交替耦合到子系统。在这个范例中，我们提出了一个量子热力学的一般框架，其中的工作提取过程是从根本上限制了非被动能量（各向同性）的流动，而能量耗散表示通过被动能量的流动。事实证明，工作体的小尺寸和仅限于两体操作的限制使得发动机从根本上不可逆。我们的主要结果是在由三冲程和两级工作体组成的整个不可逆最小耦合发动机中找到最佳效率和每个循环的工作生产，其中我们考虑了工作体和电池之间所有可能的量子相关性。其中一个关键的新工具是引入的“控制边缘状态”-一个只作用于工作体希尔伯特空间，但封装了所有功能的工作提取的总工作体电池系统。此外，我们提出了一个泛化的多冲程发动机，我们分析效率与提取的工作权衡，以及工作波动后，许多循环的发动机的运行。
2020-12-30 quant-ph
Fundamental building blocks of strongly correlated wave functions
全同费米子的N体波函数的计算在物理学、化学和材料科学中仍然是一个悬而未决的问题，即使N只有2。最近发现的多体希尔伯特空间的基本代数结构允许任意多费米子波函数被写在有限数量的反对称函数称为形状。很自然地将基态的单斯莱特行列式形式推广到不止一维。它们的数字在$d$维度上正好是$N!^{d-1}$。本文提出了一种在奇维空间中生成所有费米子形状的有效算法，改进了最近发表的一种通用算法。结果被放置在背景下的当代调查的强关联电子。
2016-09-21 cond-mat.str-el quant-ph
Fundamental and operational limitations of Fisher-information-based quantum metrology
Palacký University（帕拉茨基大学）
本文提出有限资源下的量子传感现实框架，分析了非经典资源在何种条件下能带来真实计量优势，并提供评估量子传感协议的实用方法。
2026-07-28 quant-ph
