Carnot Meets Quantum Information: A Thermal Machine Driven by Non-orthogonal State Discrimination
Graduate School of China Academy of Engineering Physics(中国工程物理研究院研究生院);School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University(北京师范大学物理与天文学院)
该研究提出由概率非正交态区分驱动的双热源量子机器,揭示其在η_C-μ参数空间的功能相变,明确量子力学与热力学共同约束信息到能量的转换。
2026-10-07 quant-ph
Quantum State Discrimination for Supervised Classification
本文研究了量子信息理论与机器学习之间的联系。特别是,我们展示了如何量子态歧视可以代表一个有用的工具来解决机器学习中的标准分类问题。先前的研究表明,在量子信息理论和量子通信背景下发展的最优量子测量理论可以启发新的二进制分类算法,该算法可以对各种数据集实现更高的推理精度。在这里,我们提出了一个模型的任意多类分类启发的量子态歧视,这是通过编码的数据在希尔伯特空间上的线性算子的空间。虽然我们的算法是量子启发的,它可以在经典硬件上实现,从而允许立即应用。
2021-04-02 quant-ph
Unambiguous discrimination between mixed quantum states based on programmable quantum state discriminators
本文讨论了混合量子态的无二义性可编程开关的设计问题。证明了不存在具有两个程序寄存器和一个数据寄存器的混合量子态通用无二义性可编程寄存器。然而,我们发现,我们可以使用的想法,可编程量子点明确区分混合量子态。研究表明,除了某些特殊情况外,当判别成功率达到上界时,采用这种判别方法的判别成功率要比不采用这种判别方法的判别成功率高。
2007-05-10 quant-ph
Operational Advantage of Quantum Resources in Subchannel Discrimination
量子资源理论研究的中心问题之一是为给定的资源提供操作意义,表征物理任务,其中资源可以提供比所有无资源状态更明显的优势。我们表明,这总是可以实现所有凸资源理论。我们特别建立,任何资源状态,使一个优势,在一个通道的歧视任务,允许严格更大的成功概率比任何状态,没有给定的资源。此外,我们发现,广义鲁棒性措施作为一个确切的量词的最大优势,使给定的资源状态在一类子信道歧视问题,提供了一个普遍的操作解释这个基本的资源量词。我们还考虑了更广泛的子通道歧视的任务,并表明,广义的鲁棒性仍然作为操作优势量化的几个著名的理论,如纠缠,连贯性,魔术。
2020-05-05 quant-ph
Machine Learning based Discrimination for Excited State Promoted Readout
International Institute of Information Technology Hyderabad(海得拉巴国际信息技术学院);IBM Quantum(IBM量子);IBM Thomas J. Watson Research Center(IBM托马斯·J·沃森研究中心)
超导量子位的读出保真度的限制因素是在谐振器达到其最终目标状态所需的时间之前量子位到基态的弛豫。提出了一种称为激发态促进(ESP)读出的技术,以减少这种影响,并进一步提高超导硬件上的读出对比度。在这项工作中,我们使用IBM的五量子比特量子系统的读出数据来测量使用深度神经网络(如前馈神经网络)和各种分类算法(如k最近邻、决策树和高斯朴素贝叶斯)进行单量子比特和多量子比特区分的有效性。这些方法进行了比较,标准使用的线性和二次判别分析算法的基础上,他们的量子位状态分配保真度的性能,鲁棒性读出串扰,和训练时间。
2022-10-21 cs.LG quant-ph
Strategies for single-shot discrimination of process matrices
本文研究过程矩阵的单次区分问题,提出了最优区分概率的精确表达式,并将其转化为半定规划求解,同时证明了对量子梳过程矩阵采用自适应或非信令策略的区分概率相同。
2022-10-26 quant-ph
Quantum-machine-learning channel discrimination
Skolkovo Institute of Science and Technology(斯科尔科沃科学技术研究院)
在量子信道鉴别问题中,人们区分给定数量的量子信道,这是通过通过信道发送输入状态并测量输出状态来完成的。这项工作研究了应用变分量子线路和机器学习技术来区分这样的通道。特别是,我们探索(i)将此任务嵌入到变分量子计算的框架中的实际实现,(ii)基于变分量子线路训练量子分类器,以及(iii)应用量子核估计技术。为了测试这三种通道鉴别方法,我们考虑了一对纠缠破坏通道和具有两个不同去极化因子的去极化通道。对于方法(i),我们使用广泛讨论的并行和顺序策略来解决量子信道鉴别问题。我们展示了后者的优势,在更好的收敛与更少的量子资源。量子信道歧视与变分量子分类器(ii)允许一个甚至与随机和混合输入状态和简单的变分电路操作。基于核的分类方法(iii)也被发现是有效的,因为它允许一个判别去极化通道不仅与固定值的去极化因子,但与它的范围。此外,我们发现,一个简单的修改常用的内核之一显着提高这种方法的效率。最后,我们的数值结果表明,变分方法的信道歧视的性能取决于输出状态的产品的痕迹。这些发现表明,量子机器学习可用于区分通道,例如那些代表物理噪声过程的通道。
2022-09-07 cond-mat.dis-nn cs.AI cs.LG
Dealing with ignorance: universal discrimination, learning and quantum correlations
在许多假设状态中区分量子系统的状态的问题通常是在假设人们对系统的可能状态有完美的知识的情况下解决的。在这篇论文中,我分析了在面对这些问题的先验信息的作用,并考虑有关可能的状态的信息是不完整的情况下。在完全忽略可能状态的身份之前,我讨论了一个量子比特状态的量子“可编程”鉴别机,它使用量子编码将这些信息作为输入程序,而不是作为经典描述。这些机器的最佳性能进行了研究,一般量子比特状态时,提供了几个副本,在计划的明确,最小误差,误差容限歧视。然后,进一步采取这种类型的自动化识别任务。通过将可编程机器实现为通过量子信息训练以执行特定任务的设备,我提出了一种用于对量子比特状态进行分类的量子“学习”机器,其不需要量子存储器来存储量子比特程序,并且尽管如此,其性能与量子力学允许的一样好。因此,这种学习机器允许几种最佳用途,而不需要重新训练。一个类似的学习计划也讨论了相干态的光。我提出它的背景下,读出的经典记忆的经典相关的相干信号,当这些是由一个不完美的来源。我表明,在这种情况下,存储在存储器中的信息的检索可以更准确地进行时,使用完全通用的量子测量。最后,作为一个横向的主题,我提出了一个有效的算法的方式分解任何量子测量到凸组合的简单(极值)的测量。
2014-07-17 math-ph math.MP quant-ph
Group-theoretic approach for multi-copy programmable discriminators between two unknown qudit states
两个未知状态的判别可以通过一个通用的可编程逻辑控制器来完成,其中两个可能状态的副本分别存储在两个程序系统中,而我们要确认的数据副本则提供在数据系统中。在本文中,我们提出了一个群体理论的方法来解决多副本可编程状态判别问题。通过将未知纯态等价于已知混合态,利用U(n)群的表示理论,构造Jordan基,得到了最优无模糊判别和最小误差判别的解析结果.得到了用于无模糊判别的POVM算子和用于最小误差判别的正交测量算子。我们发现区分平均输入混合态的最优失效概率和最小误差概率依赖于未知量子态的维数。我们应用该方法将He和Bergou(Phys. Rev. A { \bf 75},032316(2007))的结果从量子比特推广到量子比特的情况,并进一步解决了程序和数据系统中具有未知状态的任意副本的可编程判别器的问题.
2011-12-05 quant-ph
Quantum learning without quantum memory
介绍了一种用于量子比特状态的二进制分类的量子学习机,该量子学习机不需要量子存储器,并且对于任何大小的训练集,其错误率与最佳(可编程)判别机相同。与后者不同的是,这台机器可以使用任意次数而无需重新训练。它所需的(经典)内存仅随训练量子比特的数量而几何增长,而(渐近)其超额风险随此数量的倒数而下降,并且是“估计和区分”机器的超额风险的两倍,该机器估计训练量子比特的状态并使用针对所获得的估计量身定制的鉴别协议对数据量子比特进行分类。
2012-09-12 quant-ph
Jet Discrimination with Quantum Complete Graph Neural Network
National Taiwan University(台湾大学)
本文提出量子完备图神经网络(QCGNN),利用量子并行性实现多项式加速,并将其应用于喷注判别任务,与经典模型对比建立性能基准。
2024-09-28 cs.LG hep-ph quant-ph
Discrimination of thermal baths by single qubit probes
与热浴接触的量子系统的非平衡态有助于区分不同温度或不同统计的环境。我们将这些研究扩展到一个更通用的问题,即在不平等的温度下区分两个不同成分的浴缸。值得注意的是,存在的温度制度,在初始状态准备的相干性的存在是有益的歧视能力。我们还发现,非平衡态并不是普遍最佳的,并详细说明了条件,在这种条件下,它变得方便,等待完全热化的探头。这些概念在线性光学模拟中示出。
2020-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal programmable unambiguous discriminator between two unknown latitudinal states
两个未知的状态可以明确区分的通用可编程控制器,这已经在以前的工作中广泛讨论,并获得了最佳的解决方案。在本文中,我们研究了两个未知的“纬度”状态,这是在一个子空间的总状态空间之间的可编程明确的搜索。通过将未知纯态等价于已知平均混合态,系统地导出了该问题的最优解,并得到了最优无模糊判别的解析成功概率.出乎意料的是,两个未知的“纬度”状态之间的可编程明确区分的最佳设置与普适状态相同。本文的研究结果可为实验室实现可编程控制器提供参考。
2016-08-06 quant-ph
Telecloning of qudits via partially entangled states
利用部分纠缠纯态作为量子信道,研究了$d$维纯量子态的量子遥克隆过程。这个过程有效地混合了最佳通用对称克隆和量子隐形传态。结果表明,它是可能的,以概率的方式使用明确的状态歧视和量子态分离计划实现通用的对称telecloning。它也表明,其他策略,如最小误差歧视,导致减少的副本的保真度和某些部分纠缠的最大施密特秩的纯态导致的平均遥克隆保真度总是高于最佳保真度的测量和制备的量子态。我们还讨论了非最大施密特秩的部分纠缠纯态的情况。这里给出的结果对于任意维数的单个输入量子态的任意数量的副本都是有效的。
2017-12-02 quant-ph
Teleportation scheme implementing the Universal Optimal Quantum Cloning Machine and the Universal NOT gate
通过对量子态隐形传态协议稍加修改,可以很普遍地实现作用于单个量子比特的通用量子克隆机和通用非门。根据上述方案的1到2克隆过程的实验演示已经实现了光子偏振编码的量子比特。
2003-04-10 quant-ph
Universal discriminator for completely unknown optical qubits
我们提出了一个实验装置,能够明确区分任何一对线性独立的单光子偏振量子比特,我们没有任何知识,除了这些未知状态的额外一对作为参考。该装置由光学CNOT门、弱交叉克尔非线性、Bell态分析器等线性光学元件构成,将未知的三光子输入态转换为相应的单光子态,并由线性光学电路进行确定性处理。通过这种设置实现了对未知状态的最佳区分。
2007-08-14 quant-ph
Deutsch's Universal Quantum Turing Machine (Revisited)
Deutsch、Feynman和Manin将量子计算视为一种通用物理模拟过程。许多关于量子图灵机的文章已经展示了这些机器如何在有限数量的量子比特上模拟任意的幺正变换。这个有趣的问题在Deutsch的一篇论文中得到了最著名的讨论,后来由Bernstein和Vazirani提出。量子图灵机形成了一个与确定性和概率图灵机密切相关的类别,人们可能希望在这个类别中找到一个通用机器。通用机器是可编程性概念的基础。在何种程度上的普遍性,实际上已经建立了该领域的先驱检查和一个关键的概念,在理论计算机科学(普遍性)进行审查。在即将发表的论文中,作者还将考虑量子门模型中的普适性。
2007-01-16 quant-ph
Polynomial Separation between One-Way and Two-Way LOCC in Discrimination of Maximally Entangled States
Chungbuk National University(忠北国立大学)
该研究证明在最大纠缠态判别中,通过单次反馈的双向LOCC可将可区分候选态数量从常数提升至多项式级,实现单向与双向LOCC的分离,并给出九份拷贝的充分性结论。
2026-10-06 quant-ph
Scaling Qubit Readout with Hardware Efficient Machine Learning Architectures
针对超导量子比特读取误差大、延迟高的问题,提出HERQULES方法,结合匹配滤波器层级与小型可扩展神经网络,在现成FPGA上实现,相对精度提升16.4%,支持更短读取时长。
2023-06-17 cs.AR quant-ph
Extremal asymmetric universal cloning machines
研究了非对称通用克隆机的各种输出性能之间的权衡问题。首先,我们找出了1到3非对称通用克隆机的所有可达到的最优输出一致性,并证明了存在两种极端非对称克隆机,它们必须合作才能达到某些最优输出一致性。其次,我们构造了一类极值克隆机,其中包括通用的对称克隆机和非对称的1到$1+N$克隆机,用于两种不同输出比特率的量子比特,使得在无限$N$的极限下,测量扰动和状态估计之间达到最优折衷.
2012-02-08 quant-ph
Teleportation scheme implementing contextually the Universal Optimal Quantum Cloning Machine and the Universal Not Gate. Complete experimental realization
通过对量子态隐形传态的标准协议进行重大修改,实现了量子力学严格禁止的两个过程:通用非门和通用最优量子克隆机.特别地,已经报道了Tele-UNOT Gate的第一个实验演示,一种新的量子信息协议(cfr. quant-ph/0304070)。一个完整的实验实现的协议在这里。
2003-10-03 quant-ph
Asymmetric universal entangling machine
给出了非对称通用纠缠机的定义,它将一个未知状态的系统纠缠到一个特殊的辅助系统上。该机器产生固定的与状态无关的纠缠量,以换取系统状态保真度的固定降级。我们明确地描述这样的机器的任何量子系统具有$d$水平,并证明其最优性。我们表明,一个$d^2$维的辅助是足够的达到最优。所介绍的机器是对一些广泛研究的通用量子器件的推广,如对称和非对称量子克隆器,对称量子纠缠器,量子信息分配器和通用非门。
2004-12-23 quant-ph
Discrimination against or in favor of qubits in quantum theory
在量子逻辑的背景下,可以将无色散概率分配给与量子比特有关的实验命题。这使得量子比特不同于其余的量子系统,因为后者不允许概率只有0和1。本文表明,擦除量子位歧视导致一个模型的计算,允许执行许多原始的操作在一个大规模的并行方式。在本文中,它表明,这样的模型(可以被称为量子并行随机存取机,QPRAM)是量子力学合理的。
2020-04-09 math-ph math.MP quant-ph
Optimal Universal Disentangling Machine for Two Qubit Quantum States
在仅使用局部操作的通用解缠机的情况下,我们导出了缩减因子所满足的最优曲线。不可能构造一个更好的解缠机,通过使用非局部操作,进行了讨论。
1999-10-14 quant-ph
Measurement-Based Quantum Turing Machines and Questions of Universalities
量子测量是量子计算的普遍方法。这种普适性允许替代方案的传统的三步组织的量子计算:初始状态的准备,幺正变换,测量。为了将这些其他形式的计算形式化,同时指出经典控制在基于测量的计算中的作用和必要性,以及为了建立量子普适性所需的最小资源的新上界,引入了基于测量的量子图灵机的形式化模型.
2004-02-20 quant-ph
Measurement-Based Quantum Turing Machines and their Universality
量子测量是量子计算的普遍方法。这种普适性允许替代方案的传统的三步组织的量子计算:初始状态的准备,幺正变换,测量。为了将这些其他形式的计算形式化,同时指出经典控制在基于测量的计算中的作用和必要性,以及为了建立量子普适性所需的最小资源的新上界,引入了基于测量的量子图灵机的形式化模型.
2004-04-27 quant-ph
Unified Universal Quantum Cloning Machine and Fidelities
我们提出了一个统一的通用量子克隆机,它结合了几个不同的现有通用克隆机在一起,包括不对称的情况。在这个统一的框架中,相同的纯态被同等地投射到最初由输入和一半最大纠缠态构成的每个副本中。我们明确地表明,这些通用克隆机的输出状态是相同的。这种统一克隆机的一个重要特点是克隆过程始终是对称投影,大大降低了实现的难度。同时发现这种统一克隆机可以直接修改为一般的非对称情况。除了全局保真度和单拷贝保真度,我们还提出了所有可能的任意拷贝保真度。
2011-04-25 quant-ph
Characterising a universal cloning machine by maximum-likelihood estimation
本文将完全正映射估计的一般方法应用于1-to-2泛协变克隆机。该方法是基于极大似然原则,并利用随机输入状态,以及随机投影测量的输出克隆。下坡单纯形算法适用于似然函数的最大化。
2001-06-14 quant-ph
Contextual, Optimal and Universal Realization of the Quantum Cloning Machine and of the NOT gate
本文报道了用量子注入光参量放大(QIOPA)同时实现通用最优量子克隆机(UOQCM)和通用非门(UNV)。这两个过程,禁止在其确切形式的基本量子限制,被发现是普遍的和最佳的,和测量的保真度F<1被发现接近的极限值评估的量子理论。这项工作可能会启发,但很少探索内在的量子力学的深层结构的基本公理性质的互连。
2003-12-15 quant-ph
Time Independent Universal Computing with Spin Chains: Quantum Plinko Machine
我们提出了一个利用XY海森堡自旋链进行普适量子计算的方案。信息被编码成沿着这些链传播的数据包,它们相互作用以执行通用量子计算。在m个量子位上使用g个门块的电路可以被编码成长度为$O(g^{3+δ} m^{3+δ})$的链,对于所有$δ>0$,误差非常小。
2016-01-05 quant-ph
Low-latency machine learning FPGA accelerator for multi-qubit-state discrimination
Indian Institute of Science(印度科学学院);Defence Research and Development Organisation(国防研究与发展组织);Princeton University(普林斯顿大学)
针对量子计算中量子比特态测量易出错的问题,研究采用集成方法将量化后的全连接神经网络部署到FPGA上,在RFSoC ZCU111上实现了50纳秒内五个超导量子比特的低延迟高精度读出,可集成至现有量子平台。
2024-08-14 cs.AR cs.LG quant-ph
Quantum Machine Learning for Distributed Quantum Protocols with Local Operations and Noisy Classical Communications
量子纠缠蒸馏和量子态鉴别等分布式量子信息处理协议依赖于局域操作和经典通信。现有的基于LOCC的协议通常假设理想的、无噪声的通信信道的可用性。在本文中,我们研究了经典通信在噪声信道上发生的情况,并建议通过使用量子机器学习工具来解决这种情况下LOCC协议的设计。我们特别关注的重要任务的量子纠缠蒸馏和量子态的歧视,并实现本地处理通过参数化的量子线路(PQC),优化,以最大限度地提高平均保真度和平均成功概率在各自的任务,同时占通信错误。所介绍的方法,噪声感知LOCCNet(NA-LOCCNet),被证明具有显着的优势,现有的协议设计的无噪声通信。
2023-02-17 cs.AI cs.LG quant-ph
Formal languages analysed by quantum walks
离散时间量子行走是量子计算的普遍现象。这一点已经被证明,他们可以模拟一个通用的门集。在本文中,我们研究计算的语言接受,并提出了两种方式,离散时间量子行走可以接受某些语言的确定性。这些步行可以采取量子以及经典的输入,我们表明,当输入是量子的,步行可以被解释为执行状态歧视。
2012-09-24 cs.FL quant-ph