Predicting human-generated bitstreams using classical and quantum models
Microsoft Quantum（微软量子）；Microsoft Research（微软研究院）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣巴巴拉分校）
一个学派认为，人类的决策表现出量子逻辑。虽然目前还不知道大脑是否真的是由量子机制驱动的，但一些研究人员认为，决策逻辑在现象学上是非经典的。本文开发并实施了一个实证框架来探索这一观点。我们使用低宽度、低深度、参数化的量子线路来模拟二进制决策。在这里，纠缠作为一个简单的比特预测游戏的背景下，模式分析的资源。我们评估了一种混合量子辅助机器学习策略，其中量子处理用于检测比特流中的相关性，而参数更新和类推断则通过经典的测量结果后处理来执行。仿真结果表明，一个家庭的两个量子比特变分电路是足够的，以实现相同的比特预测精度的最佳传统的经典解决方案，如神经网络或逻辑自回归。因此，在这个简单的情况下，建立一个可证明的“量子优势“短，我们给出的证据表明，人类生成的比特流的经典可预测性分析可以实现小量子模型。
2020-04-09 cs.IT cs.LG math.IT
Machine Learning Quantum Systems with Magnetic p-bits
University of California, Santa Barbara（加州大学圣巴巴拉分校）
本文探讨了利用磁性p比特构建可扩展概率计算机，以应对AI计算负载飙升的危机，并服务于结合机器学习与量子物理的新兴领域。
2023-10-10 cs.ET cs.LG cs.NE
A Quantum Measurement Scenario which Requires Exponential Classical Communication for Simulation
在本文中，我们考虑以下问题：需要多少比特的经典通信和共享随机比特来模拟一个涉及Alice和Bob的量子协议，其中他们共享k个纠缠量子比特，并且根本不进行通信。我们证明了2^k个经典比特是必要的，即使经典协议被允许有ε个失败的机会。
2002-03-21 quant-ph
Virtual Parallel Computing and a Search Algorithm using Matrix Product States
我们提出了一种形式的并行计算的经典计算机是基于矩阵产品的状态。虚拟并行化是通过用矩阵表示比特并通过从编码多个输入的初始产品状态演化这些矩阵来实现的。矩阵演化是由门的顺序应用引起的，就像在逻辑电路中一样。经典的概率性一位和确定性两位门（如NAND）的动作是根据矩阵运算来实现的，与量子计算相反，它可以复制位。我们提出了一种方法来探索这种计算方法来解决搜索问题，并计算解决方案的数量。我们认为，如果经典的计算成本的测试解决方案（证人）需要小于$O(n^2)$本地2位门作用于$n$位，搜索问题可以完全解决在次指数时间。因此，对于这种受限类型的搜索问题，虚拟并行化方案比Grover的量子算法更快
2012-07-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Encoding M classical bits in the arrival time of dense-coded photons
我们提出了一个方案，编码M个额外的经典比特的密集编码的光子对。通过将纠缠光子对的延迟调谐到2^M个时间仓中的一个，然后应用量子密集编码协议中的一个，配备有同步参考时钟的接收器能够解码M比特（经由经典时间仓编码）+2比特（经由量子密集编码）。该协议，但简单，不免除所使用的可编程延迟装置的几个特殊功能，以保持双光子状态的相干性。虽然这种类型的时域编码可以被认为是理想的无限光子容量（通过增加可用时间仓的数量），但是由于环境噪声和不完美的设备和信道而引起的误差随着时间仓的数量而演变。
2016-03-07 physics.optics quant-ph
Optimal Encryption of Quantum Bits
我们刻画了一套完整的协议，可以用来安全地加密n量子位使用秘密和随机的经典位。除了应用这样的量子加密协议的量子数据安全，我们的框架允许许多经典的加密协议的量子数据的概括。我们表明，没有秘密的经典数据的加密状态没有信息，2n随机经典位是信息安全的量子加密所需的最小值。此外，量子操作被证明有一个令人惊讶的结构在一个典型的内积空间。这种量子加密协议是经典的一次一密概念的推广。将量子加密与量子隐形传态联系起来，给出了一种新的量子隐形传态最优性的证明。
2000-03-21 quant-ph
Quantum entanglement: an overview of the separability problem in two quantum bits
可分性问题是当前和未来量子信息处理中最基本也是最紧迫的问题之一。后者以量子力学为基础，以量子比特为基本信息单位，研究信息和计算。本文综述了二分系统中可分性问题的研究进展，特别是从基于Bell不等式的$1964$中的可分性判据到2018年的最新可分性判据，介绍了两个量子比特系统中的可分性问题。
2022-11-29 hep-th quant-ph
Memory-Sample Lower Bounds for Learning with Classical-Quantum Hybrid Memory
在Raz（J. ACM和FOCS 16）的工作中，证明了任何用于$n$位上的奇偶校验学习的算法需要经典存储器的$Ω(n^2)$位或随机样本的指数数（在~$n$中）。最近的一系列工作继续了这一研究方向，并表明对于大量的经典学习任务，需要超线性的经典记忆大小或超多项式的许多样本。然而，这些结果并没有捕捉到所有的物理计算模型，特别是量子计算机和量子存储器的使用。它留下了一种可能性，即一小块量子记忆可以显著减少对经典记忆或样本的需求，从而完全改变经典学习任务的性质。在这项工作中，我们证明，任何量子算法，经典的记忆和量子记忆，奇偶校验学习$n$位，需要要么$Ω(n^2)$位的经典记忆或$Ω(n)$位的量子记忆或指数数量的样本。换句话说，奇偶校验学习的存储器样本下限在性质上保持相同，即使学习算法除了使用经典存储器之外还可以使用大小为$c n$的量子存储器（对于某个常数$c>0$）。我们的研究结果反驳了少量量子存储器显着减少有效学习这些问题所需的经典存储器大小的可能性。我们的研究结果也意味着改进的安全性现有的几个密码协议在有界存储模型（协议是基于奇偶校验学习$n$位），证明安全性持有，即使在量子对手的存在下，最多$c n^2$位的经典存储器和$c n$位的量子存储器（对于一些常数$c>0$）。
2023-03-01 cs.CC quant-ph
An introduction to Fault-tolerant Quantum Computing
在本文中，我们提供了一个基本的介绍容错量子计算的核心思想和理论。这些概念是大规模量子计算和通信的理论框架的基础，也是最近许多构建中小尺寸可控量子比特阵列的实验努力的驱动力。我们研究冗余量子编码的基本原理，需要保护量子比特从不精确的控制和环境相互作用产生的错误，然后检查主要是一个经典的框架容错的原则。由于量子容错本质上是避免量子比特之间相互作用所导致的不可控制的错误级联，因此这些概念可以直接映射到量子信息。
2015-08-15 quant-ph
Data Structures in Classical and Quantum Computing
本综述总结了与数据结构（主要是静态数据结构）相关的量子计算的几个结果。首先，我们描述了经典的数据结构的集合成员和前任搜索问题：完美的哈希表集合成员的Fredman，Komlós和Szemerédi和数据结构的Beame和Fich的前任搜索。我们还证明了它们的空间复杂度（需要多少位）和时间复杂度（需要读取多少位来回答查询）。之后，我们将注意力转向具有量子访问的经典数据结构。在量子访问模型中，数据存储在经典比特中，但它们可以以量子方式访问：我们可以以单位成本叠加读取几个比特。我们给出了在这种情况下的下界证明，表明第一节中的经典数据结构在某种意义上是渐近最优的-即使在量子模型中。事实上，这些证明比以前的经典计算模型的证明更简单，并给出更强的结果。Radhakrishnan、Sen和Venkatesh证明了集合成员的下界，Sen和Venkatesh证明了前一个问题的结果。最后，我们研究完全量子数据结构。我们现在用量子比特编码数据，而不是用经典比特编码数据。我们允许任何单一的操作或测量，以回答查询。我们描述了一个数据结构的德沃尔夫的集成员资格问题，也是一个通用的框架，使用完全量子数据结构的量子行走杰弗里，Kothari和Magniez。
2013-08-04 cs.DS quant-ph
Substituting a qubit for an arbitrarily large number of classical bits
我们表明，一个量子比特可以用来取代任意大量的经典位。我们考虑一个物理系统S与经典场φ（x）的局部相互作用，它直接从点A运动到点B。该字段的属性是其积分值是某个常数的整数倍。问题是要确定整数是奇数还是偶数。如果S是量子位，则可以完美地执行此任务。另一方面，如果S是一个经典系统，那么我们证明它必须携带任意大量的经典信息。我们确定了这样一个巨大的量子优势的物理原因，并表明，它也意味着量子和经典存储器的大小之间的一些计算所需的巨大差异。我们还给出了一个简单的证明，没有有限数量的单向经典通信可以完美地模拟量子纠缠的效果。
2002-11-10 quant-ph
Qubit exchange interactions from permutations of classical bits
为了准备引入动力学多体，并最终，场理论模型，我们在这里表明，量子力学交换相互作用在一个三自旋链可以出现从确定性动力学的三个经典伊辛自旋。后者的状态形成本体论基础，这将参考特胡夫特在量子力学的元胞自动机解释中提出的本体论进行讨论。我们的结果说明了一个新的Baker-Campbell-Hausdorff公式终止级数展开。
2020-01-29 math-ph math.MP quant-ph
Quantum Communication Complexity (A Survey)
量子通信能比经典通信更有效吗？Holevo定理排除了通过传输n个量子比特来传输n个以上的经典信息的可能性-除非双方纠缠在一起，在这种情况下，可以传输的经典比特数是原来的两倍，但不会更多。显然矛盾的是，存在分布式计算任务，量子通信无法通过经典手段有效地模拟。在极端情况下，传输量子比特的效果不能在传统上实现，除非传输指数级更大数量的比特。同理，纠缠能被用来节省经典通信吗？众所周知，纠缠本身对于信息的传输是无用的。然而，在不允许通信的经典世界中，存在根本无法完成的分布式任务，但如果非通信方共享先前的纠缠，则这些任务成为可能。这就引出了一个问题，就经典通信而言，提供一个精确模拟纠缠的幽灵般的力量是多么昂贵。
2001-01-01 quant-ph
Compression for quantum population coding
我们研究了n个量子系统的压缩，每个量子系统都是在同一个状态下制备的，属于一个给定的参数化量子态族。对于一个具有f个独立参数的状态族，我们设计了一个渐近忠实的协议，该协议需要大小为（f/2）log（n）的混合存储器，包括量子位和经典位。我们的建设使用的量子版本的本地渐近正态性，并作为一个中间步骤，解决了问题的压缩位移热态的n个相同的准备模式。在这两种情况下，我们证明了（f/2）log（n）是实现渐近忠实所需的最小内存量。此外，我们还分析了有多少内存需要量子化。我们发现，量子比特和经典比特之间的比例可以任意小，但不能达到零：除非所有的量子态在家庭交换，没有协议只使用经典比特可以是忠实的，即使它使用了任意大量的经典比特。
2019-01-26 cs.IT math.IT quant-ph
A complementary relation between classical bits and randomness in local part in simulating singlet state
最近Leggett提出的非定域模型引起了人们对单重态统计模拟的新兴趣。单态统计可以用1比特的经典通信来模拟，而不需要进一步的非局域相关。但是，有趣的是，如果使用非局部盒，单态统计也可以在没有经典成本的情况下模拟。在第一种情况下，输出是完全无偏的，而在第二种情况下，输出是完全随机的。我们提出了一个新的（可能的）信令相关资源，成功地模拟单态统计，这一结果表明，所需的经典位和随机性在本地输出时，经典的通信是由1 cbit的限制，一个新的互补关系。这一结果再现了上述两种模拟模型的极端情况。这也解释了为什么Leggett的非局部模型和Branciard等人提出的模型不能重现单线态的统计。
2011-02-07 quant-ph
Posner computing: a quantum neural network model
我们提出了一个建设，呈现在Quipper，量子算法的概率计算一个经典的功能，从n位到n位。该建筑的目的是感兴趣的主要特点Quipper它突出。然而，在神经网络的背景下，量子信息处理的效用感兴趣，我们提出的算法作为一个最简单的例子，一个特定的量子神经网络，我们首先定义。由于这个定义的灵感来自于费舍尔最近关于认知的可能量子基底的工作，我们在此之前对这项工作进行了简短的描述。
2016-12-30 cs.ET quant-ph
Efficiently estimating average fidelity of a quantum logic gate using few classical random bits
我们给出了三个新的算法，有效的就地估计，而不使用辅助量子比特，量子逻辑门的平均保真度的d维系统上使用的随机比特比已知的要少得多。以前的方法，有效地估计平均门保真度取代Haar随机酉在朴素估计算法的近似酉2-设计，并均匀和独立地采样。相比之下，在我们的第一个算法中，我们使用有限独立的伪随机发生器，一个强大的工具，从去随机化理论的近似酉2-设计均匀采样的酉。该算法使用的基本操作数与以前的有效算法相同，但随机位数要少得多。减少对经典随机比特的要求增加了估计的可靠性，因为高质量随机比特通常是昂贵的计算资源。我们的第二个有效的算法，基于一个4量子张量积扩展器，工程，如果门尺寸d是大的。它使用比第一算法更少的随机比特，并且具有额外的优点，即它只需要实现一个酉，而不是第一算法中近似2-设计的所有酉。我们的第三个有效的算法，基于一个l-量子张量积扩展适度大的值l，工程的所有值的参数。它使用比其他算法稍微多的随机位，但具有的优点是，它只需要实现少量的酉，而不是第一算法中的近似2-设计的所有酉。这一优势对于不久的将来的实验性实现具有重要意义。
2019-01-22 quant-ph
Classical Computation by Quantum Bits
原子级逻辑和最小化发热（耗散）都是未来计算硬件的重要议程。实现这些目标的一种方法是用经典的可逆逻辑门直接取代晶体管网络，这种逻辑门是由几个相互作用的原子的相干动力学建立的。由于在每个这样的门之前和之后的叠加是不必要的（输入和输出是比特），移相时间仅需要超过单个门操作时间，而容错应该通过经典编码以低开销实现。因此，这种门可能是量子技术的副产品，远远早于全面的量子计算。因此，出于动机，我们提出的方法来实现3位Toffoli和Fredkin门通用的经典可逆逻辑使用一个单一的时间无关的3-qubit哈密顿与现实的最近邻两体相互作用。我们还讨论了如何这些门可以组成一个更大的电路。我们发现，被困离子可能很快就可扩展的模拟器，这样的架构，并探讨与硅掺杂剂的前景。
2015-09-11 quant-ph
Quantum Hyperdense Coding for Distributed Communications
超密集编码证明了纠缠辅助的量子通信与经典系统相比可以提高数据传输速率。它允许在双方之间发送2个经典比特，以交换1个量子比特和一个预先共享的纠缠贝尔对。本文介绍了一种新的分布式通信协议。使用一个预共享的纠缠Bell对和1个经典比特2，平均可以传输5个经典比特。这不仅意味着容量的增加，而且双向分布式操作开辟了新的研究领域。
2012-10-10 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum information with quantum-like bits
本文研究从经典同步系统中提炼类量子比特，提出构建同步网络协议，实现门操作，并展示非柯尔莫哥洛夫干涉特性，为多体经典系统上的类量子信息处理奠定基础。
2025-04-24 quant-ph
Quantum superadditivity in linear optics networks: sending bits via multiple access Gaussian channels
研究了量子高斯多址接入信道的经典容量域。在这种通道的经典变体中，虽然可以实现一些容量超加和型效应，例如所谓的{ \it水填充效应}，但仍然可以识别基本的经典加和定律，{ \it，即}将资源添加到一个发送器对于其他发送器向接收器发送它们各自的信息从来没有好处。在这里，我们通过提供实验上可行的高斯MAC的两个说明性方案，表明量子资源允许违反这一定律。
2009-04-30 quant-ph
Communication tasks with infinite quantum-classical separation
量子资源可能比经典资源更强大-量子计算机可以比经典计算机以指数级速度解决某些问题，并且计算两个人输入的函数可以用量子信息比经典信息以指数级更少的通信来完成。在这里，我们考虑两个玩家之间的任务，Alice和Bob，量子资源比经典资源强大得多。爱丽丝被赋予一个长度为n的字符串，鲍勃的任务是排除爱丽丝可能拥有的某些比特组合。如果爱丽丝必须发送经典信息，那么她必须向鲍勃透露近n比特的信息，但如果允许她发送量子比特，她必须透露的信息量随着n的增加而变为零。接下来，我们考虑一个版本的任务，其中各方只能发送经典消息，但可能有机会纠缠。当有纠缠辅助时，爱丽丝只需要发送恒定数量的比特，而没有纠缠时，爱丽丝必须发送的比特数量随n线性增长。这项任务与PBR定理有关，该定理是在量子理论基础的背景下产生的。
2015-10-02 quant-ph
Photon-phonon quantum cloning in optomechanical system
量子克隆是量子信息和量子计算中必不可少的操作。与经典计算中的“复制”操作类似，从存储中的固态量子比特克隆飞行比特以供进一步处理是量子信息处理中经常使用的操作。在这里，我们提出了一个高保真度和可控的量子克隆方案之间的固体比特和飞行比特。为了克服不可克隆定理和弱声子-光子相互作用的障碍，我们引入了一种混合光机械系统，在耗散存在的情况下，借助设计的驱动脉冲，该系统可以同时完成接近理论最优极限的概率克隆和确定性克隆.此外，我们的计划允许两个克隆方法，即概率性和确定性克隆之间的高度可调切换，通过简单地改变输入激光脉冲。这为实验可执行性提供了一个有前途的平台。
2023-02-11 quant-ph
Implementing a Quantum Coin Scheme
量子计算有能力打破当前的密码系统，扰乱网上银行、购物、数据存储和通信。量子计算也有能力支持更强大、更有抵抗力的技术。在本文中，我们描述了Dmitry Gavinsky创建的数字现金方案，该方案利用了量子计算的能力。我们通过制定实施这一计划的方法作出贡献。对于量子币的创建和验证，我们将代数步骤转换为计算步骤。作为其中的一部分，我们描述了用于将存储在经典比特上的信息转换为存储在量子比特上的信息的方法。
2020-06-03 cs.ET quant-ph
Towards efficient decoding of classical-quantum polar codes
用于在具有经典输入和量子输出的一般信道（cq信道）上以容量速率发送比特的已知策略需要解码器实现不切实际的复杂的集体测量。在这里，我们表明，一个完全集体的战略是没有必要的，以恢复所有的信息位。事实上，当编码用于cq信道W的大量N次使用时，可以通过非集体策略来恢复N I（W_acc）比特，该非集体策略相当于对乘积测量的结果进行相干量子处理，其中I（W_acc）是信道W的可访问信息。为了解码其他N（I（W）- I（W_acc））个比特，其中I（W）是Holevo速率，我们的结论是接收机应该采用集体测量。我们还提出了另外两个结果：1）集体Fuchs-Caves测量（量子似然比测量）可以在接收器处使用以实现Holevo速率; 2）我们给出了用于小尺寸极化码的Helstrom测量的显式形式。用于证明这些结果的主要方法是Arikan极化码的量子扩展。
2013-02-02 cs.IT math.IT quant-ph
Visualized Wave Mechanics by Coupled Macroscopic Pendula: Classical Analogue to Driven Quantum Bits
本文利用调制耦合的宏观摆系统作为经典类比，通过实现Rabi振荡、Landau-Zener跃迁及LZSM干涉测量，验证了对量子比特相干动力学的完全控制，为理解和开发量子技术提供了直观的经典演示平台。
2023-06-02 quant-ph
Quantum information and quantum computing: an overview and some mathematical aspects
本文件有两个目的。首先，给出量子计算和量子信息背后的主要思想，量子信息是一个基于量子力学现象的领域。因此，一个简短的评论致力于（i）量子比特或量子比特（和更一般的qudits），类似物的通常比特0和1的经典信息理论，和（ii）两个特点的量子力学，即，线性（它通过量子比特的叠加和幺正算符对量子比特的作用来表现）和某些多量子比特态的纠缠（一个特定于量子力学的资源）。第二，着重讨论了量子计算和量子信息处理中所使用的互无偏基的一些数学问题。在这个方向上，通过两种不同的方法：一种是基于群SU（2），另一种是基于Galois域和Galois环，给出了互无偏基的构造。
2018-11-09 math.QA quant-ph
Simulatings POVMs on EPR pairs with six bits of expected communication
我们提出了一个经典的协议，用于模拟EPR对上的二分POVM获得的相关性。该协议使用共享随机变量（也称为本地隐藏变量），并增加了6位预期通信。
2003-04-17 quant-ph
Rethinking Collapse: Coupling Quantum States to Classical Bits with quasi-probabilities
该研究提出了一种将量子比特直接耦合到经典比特的测量方法，利用准双随机过程描述测量相互作用，避免了von Neumann链，同时捕捉了测量的非经典性质。
2025-12-03 quant-ph
Simultaneous Communication Protocols with Quantum and Classical Messages
我们研究了通信复杂性的同时消息传递（SMP）模型，其中一方是量子的情况下，其他是经典的。我们表明，在SMP协议，计算一些功能与第一方发送q量子位和第二发送c经典位，量子消息可以被替换为一个随机化的消息的O（qc）经典位，以及由O（qc log q）经典位的确定性消息。我们的证明在很大程度上依赖于Scott Aaronson的早期结果。特别地，我们的结果意味着量子经典协议需要发送Omega（sqrt{n/log n}）比特/量子比特来计算n比特字符串上的相等，因此并不明显优于经典经典协议（并且比量子指纹等量子量子协议差得多）。这基本上回答了Wim van Dam最近提出的一个问题。我们的研究结果还意味着，更一般地说，量子经典和经典经典SMP协议之间没有超多项式分离的功能问题。这与关系问题的情况形成对比，其中量子经典和经典经典SMP协议之间的指数差距是已知的。我们表明，这种令人惊讶的情况不会出现在纯粹的经典模型：在那里，一个指数分离的关系问题可以转换成一个指数分离的功能问题。
2008-12-28 quant-ph
From Bits to Qubits: Challenges in Classical-Quantum Integration
本研究聚焦经典到量子信息的量子编码阶段，比较Phase Encoding、Qubit Lattice和FRQI三种模型在量子处理工作流中的成本、效率与局限性。
2025-01-31 cs.ET quant-ph
Classical Cost of Transmitting a Qubit
我们考虑一般的测量和测量的情况下，爱丽丝可以传输量子比特状态的鲍勃，谁可以执行一般的测量的形式，积极的算子值的措施（POVM）。我们表明，在任何这样的量子协议中获得的统计数据可以通过共享随机性和两个比特的通信的纯经典手段来模拟。此外，我们证明了两个比特的通信是一个完美的经典模拟的最小成本。此外，我们将我们的方法应用到贝尔的情况下，它扩展了著名的调色剂和培根协议。特别是，两个比特的通信足以模拟与应用于任何纠缠两量子比特态的任意局部POVM相关的所有量子关联。
2023-03-28 quant-ph
Design and proof of concept for silicon-based quantum dot quantum bits
基于硅的自旋为量子计算提供了最有前途的架构之一。量子点是一种固有的可扩展技术。在这里，我们将这两个概念结合到硅锗量子比特的可行设计中。这种新结构结合了垂直和横向隧穿，提供了点之间的受控耦合，并使每个点的单电子占领。对设计的精确建模阐明了其可扩展的量子计算的潜力。这是第一次有可能将容错纠错的要求转化为对量子点中的栅极电压控制电子器件的具体要求。我们证明，这些要求是满足现有的脉冲发生器在kHz-MHz的范围内，但GHz的操作是尚未实现的。我们的计算进一步查明了器件的功能，提高了操作速度和鲁棒性，防止泄漏错误。我们发现，硅量子点量子计算机的组件技术已经掌握。
2002-04-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Simulation of quantum algorithms using classical probabilistic bits and circuits
提出一种使用经典概率比特和电路仿真量子算法的新方法，通过将量子比特映射到八维概率空间并采用仿射变换跟踪系数演化，成功实现了Deutsch-Jozsa算法和量子傅里叶变换。
2023-07-26 quant-ph
Quantized Mereology
State University of New York at Buffalo（纽约州立大学布法罗分校）
本文将量子信息论与经典分体论结合，研究从经典RCC5形式主义衍生的量化分体论，论证该方法可推广到更复杂的定性推理形式主义，且量子比特更适合封装模糊现象信息。
2026-10-20 physics.soc-ph quant-ph
Communication complexity of entanglement assisted multi-party computation
本文研究多方计算中纠缠辅助的通信复杂度，提出量子协议（复杂度$(n-1)\log n$）并证明其严格优于经典协议（复杂度$(n-1)^2(\log n^2)$），同时给出经典下界的整数线性规划公式。
2024-02-05 cs.IT math.IT quant-ph
Capacity of optical reading, Part 1: Reading boundless error-free bits using a single photon
我们表明，大自然没有施加基本上限的信息位数，每个消耗的光子，可以，在原则上，可靠地读取时，经典的数据被编码在一个介质中，只能被动地调制的振幅和相位的探测光。我们表明，与相干态（激光）源，开-关（调幅）像素编码，和散粒噪声限制的直接检测（商业CD/DVD驱动器的一个过于乐观的模型），最高的光子信息效率可实现的原则上是约0.5位每传输光子。然后，我们证明，当允许接收器对来自大块相位调制存储像素的反射光进行联合（不可分割）测量时，相干状态探测器可以读取每个光子无限的比特数。最后，我们展示了一个空间纠缠非经典光探针和接收器设计的例子-使用单光子源、分束器和单光子探测器可构建-原则上可以读取任何数量的无错误信息位。探针是以多个正交空间模式的均匀相干叠加制备的单光子，即，W州的代码，目标，和联合检测接收器的复杂性所需的相干状态的发射机，以实现可比的光子效率的性能示出要高得多的相比，所需的W-状态的收发器。
2013-02-15 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum Fingerprints that Keep Secrets
我们介绍了一种新类型的加密原语，我们称之为隐藏指纹。（量子）指纹方案将长度为$n$的二进制串转换为$d$（qu）位，通常为$d\ll n$，使得给定任何串$y$和$x$的指纹，可以高精度地判定是否为$x=y$。经典的指纹方案不能很好地隐藏信息：在大多数$ε$中保证错误的$x$的经典指纹必然揭示关于$x$的$Ω(\log(1/ epsilon))$位。如果一个方案显示了$o(\log(1/ε))$比特，我们称之为隐藏;因此，没有经典的方案是隐藏的。对于任意常数的$c$，我们构造了两种隐藏指纹方案，它们都是将$n$比特串映射到$O(\log n)$量子比特，并且保证单侧错误概率最大为$1/n^c$。第一种使用纯状态，泄漏最多为O（1）位，第二种使用混合状态，泄漏最多为$1/n^c$位，其中“泄漏”通过可访问信息来限定。该方案计算效率高。我们的混合状态方案是最优的，如通过从$O(\log n)$量子位上的任何指纹中提取$1/\poly(n)$位的通用策略所示。
2010-10-26 cs.CR quant-ph
Classical Teleportation of a Quantum Bit
经典隐形传态是指发送者被赋予对任意量子态的经典描述，而接收者模拟对该量子态的任意测量的情形.如果发送者和接收者初始共享局部隐变量，则这种情形可以通过传输少量的经典比特来实现.具体来说，当限制在冯·诺依曼测量时，平均2.19比特的通信对于量子比特的经典隐形传态是足够的。推广到正算子值测量也进行了讨论。
1999-06-28 quant-ph
Composable security for practical quantum key distribution with two way classical communication
针对双向经典通信（TWCC）的发送或不发送双域协议，提出了严格计算具有差错抑制的量子密钥分发（QKD）中有限密钥效应的方法.与没有TWCC的正常QKD不同，这里每个两比特随机组的标记或取消标记的概率不是独立的。我们通过想象一个虚拟的比特集来严格解决这个问题，其中每个比特都是独立和相同的。我们显示的结果之间的关系，从这个想象中的一组包含独立和相同的位和结果开始与真正的一组非独立位。利用显式公式，我们证明了在计算中简单地应用Buckoff界可以得到正确的密钥率，但失败概率略有变化。
2021-02-01 quant-ph
An action principle of classical irreversible thermodynamics - Irreversible thermodynamic cycles and embodied bits of information
尽管它很简单，但据我所知，在经典力学的框架内，从气体动力学的考虑出发，导出不可逆热力学方程的可能最简单的方法，似乎从来没有人追求过。在本文中，我们解决这一遗漏，并推导出方程描述的不可逆热力学的气体在活塞和相关的热力学循环在有限的时间内进行。我们发现的是一个热力学作用原理：我们在有限时间内执行热力学循环所需的不可逆功乘以我们需要通过循环的时间，例如等温压缩/减压循环，将总是大于或等于由系统特定常数给出的下限。该过程特异性作用常数可以取微观过程的普朗克常数量级的值，例如将氢原子置换一个原子直径。对于宏观过程（例如自行车打气筒），作用常数也取宏观可观察的值。我们讨论了有限时间卡诺循环，并估计不可逆的工作时，重写物理体现位的信息和比较所得到的值与兰道尔的债券，不可逆的能量，需要消耗重写位的下限。
2016-08-17 physics.class-ph quant-ph
Locking classical correlation in quantum states
我们证明了存在包含大的隐藏经典关联的二分量子态，它可以通过不成比例的少量经典通信来解锁。特别地，存在$(2n+1)$量子比特状态，对于该状态，一比特消息使子系统上的测量结果之间的最佳经典互信息从$n/2$比特加倍到$n$比特。表现出这种行为的状态不需要纠缠。我们研究了表现出这种现象的状态的范围，并限制其幅度。
2003-03-14 quant-ph
On exact quantum query complexity
我们提出了几个家庭的总布尔函数具有确切的量子查询复杂性，这是一个常数倍（1/2和2/3之间）的经典查询复杂性，并表明，这些功能的最佳量子算法不能通过简单地计算奇偶校验位对。我们还利用编码理论对非自适应精确量子查询复杂度模型进行了改进，并在此基础上对对称布尔函数的查询复杂度进行了完全改进。这些结果最初的灵感来自于数值求解半定程序，该程序表征了小问题大小的量子查询复杂性。我们包括数值结果，给出了最佳的成功概率，量子算法计算所有布尔函数高达4位，所有对称布尔函数高达6位。
2013-09-09 quant-ph
Probabilistic Super Dense Coding
我们探索了利用非最大纠缠态作为资源进行超密集编码的可能性。利用这一点，我们发现可以通过发送量子比特以概率方式发送两个经典比特。我们推广我们的计划到更高的维度，并表明，可以通过发送一个d维量子态，以一定的成功概率2log_2 d经典位。超密集编码的成功概率与区分非正交态的成功概率有关。最佳的平均成功概率显式计算。我们考虑了利用高维纠缠态（D × D，D > d）共享资源发送2log_2d经典比特的可能性.结果表明，纠缠度越大，成功概率越高。这也回答了为什么我们需要log_2 d ebits以确定性方式发送2 log_2 d经典位的问题。
2005-05-13 quant-ph
How many bits specify a quantum state?
量子力学认为自然界是离散的，每个相空间体积$\hbar^{3N}$有一个状态。这似乎与N粒子系统的状态可以具有无限精确度的想法相矛盾，并且可以用一组指数形式的复数来描述。本文以一个有限温度的盒子中的气体为例，论证了波函数的精确度确实是有限的，这可能有助于理解量子到经典的转变。
2016-09-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Teleportation with One Classical Bit
量子隐形传态允许人们使用一对（预共享的）纠缠量子比特和经典信息比特将任意量子比特从点A传输到点B。传统的隐形传态协议使用两个比特的经典信息，并假设发送者只能访问发送者的任意量子比特的一个副本。在这里，我们要问的是，如果发送者可以访问要传送的量子比特的多个副本，我们是否可以做得比两个比特的经典信息更好。我们对量子比特态没有任何限制。因此，我们提出了一个修改后的量子隐形传态协议，允许爱丽丝重置纠缠对的状态，它的初始状态只使用本地操作。因此，所提出的隐形传态协议只需要传输一个经典比特，其概率大于一半。这对有效的量子通信和基于量子纠缠的量子密码协议的安全性具有重要意义。
2022-02-15 cs.CC cs.CR cs.IR
Space Complexity of Streaming Algorithms on Universal Quantum Computers
通用量子计算机是目前已知的唯一可以实现的通用量子计算机。这些计算机由控制量子存储器的经典存储器组件组成。本文在通用量子计算机上研究了PartialMOD和等式等数据流问题的空间复杂性。这些问题的量子算法被认为优于经典算法。然而，通用量子计算机除了需要量子位之外，还需要经典位来控制量子门。我们的分析表明，量子算法中使用的经典比特的数量等于或甚至大于相应的经典算法中使用的经典比特的数量。这些结果表明，当考虑空间复杂性时，在通用量子计算机上而不是经典计算机上实现某些数据流问题没有优势。
2020-10-31 quant-ph
Quantum enhanced precision in a collective measurement
我们探讨的作用，$\textit{collective measurements}$的精度估计的一个单一的参数。集体测量由可观测量表示，这些可观测量与探测粒子的所有排列都是可交换的。我们表明，有了这个约束，量子位（量子位）优于经典位（不可叠加位）在优化精度。具体来说，我们证明，虽然在集体测量精度是松散的$O\left(\frac{1}{N}\right)$的$N$经典位，使用量子位，它是紧密的$O\left(\frac{1}{N^2}\right)$。这个界限与量子精密测量协议一致，集体测量需要纠缠探测态饱和。最后，我们构建了一个规范的测量协议，饱和这个界限。
2015-11-26 quant-ph
Simulating quantum computation: how many "bits" for "it"?
本文分析了一种基于魔态采样且无准概率负值的经典量子模拟方法所需跟踪的经典数据量，证明对任意 n 个魔态，描述系统所需比特数仅为 2n²+O(n)，表明该模拟所需经典资源很小。
2024-09-03 quant-ph
Minimal classical communication and measurement complexity for quantum information splitting of a two qubit state
分别通过五粒子团簇和布朗态，给出了实量子态和赤道量子态的量子信息分裂的显式方案.所介绍的方案既不是完全确定性的，也不是完全概率性的，并且在要共享的信息部分或完全为发送者所知的情况下进行。我们表明，QIS可以完成只有两个经典位，对四个经典位，当信息是未知的发送者。
2008-04-26 quant-ph
Classical communication and non-classical fidelity of quantum teleportation
在量子隐形传态中，纠缠的作用已经被广泛讨论。众所周知，纠缠是实现非经典隐形传态保真度的必要条件。在这里，我们专注于经典通信的数量，这是必要的，以获得非经典保真度的隐形传态。我们量化的经典通信的量，这是足以实现两个独立的1位和单个2位嘈杂的经典通道的非经典保真度。它表明，平均0.208位的经典通信是足够的，以获得非经典保真度。我们还发现必要的量的经典通信的情况下，各向同性变换。最后，我们研究了量子隐形传态过程中，量子纠缠的减弱如何增加足够的经典通信量。
2013-07-25 quant-ph
Classical model for bulk-ensemble NMR quantum computation
我们提出了一个体系综NMR量子计算的经典模型：NMR样品的量子态由经典陀螺方向上的概率分布描述，量子门由经典跃迁概率描述.所有的NMR量子计算实验进行到目前为止，三个量子比特可以在这个经典模型。在几个纠缠门之后，经典模型的测量信号呈指数下降，而量子描述没有相应的下降。我们认为，对于少量的量子比特，NMR量子计算的量子本质在于避免指数信号下降的能力。
1999-04-30 quant-ph
Efficient state preparation for a register of quantum bits
我们描述了一个量子算法，以准备一个量子计算机的寄存器的保真度任意接近1的任意纯态。我们的算法是基于Grover的量子搜索算法。对于具有适当有界振幅的状态序列，该算法需要在量子比特数量上为多项式的资源。这种状态序列在量子寄存器中编码经典概率分布的问题中自然出现。
2005-11-22 quant-ph
Hiding bits in Bell states
我们提出了一个隐藏位在贝尔状态，是安全的，即使当共享者爱丽丝和鲍勃被允许进行本地量子操作和经典通信的计划。我们证明了Alice和Bob可以获得的关于隐藏位的信息在$n$中是指数小的，每个份额中的量子位数，并且可以任意小以隐藏多个位。提出了一种制备共享量子态的低纠缠方法。我们将讨论如何使用当今的量子光学实现我们的计划。
2001-03-07 quant-ph
