Ability of Markovian Master Equations to Model Quantum Computers and Other Systems Under Broadband Control
大多数未来的量子设备，包括量子计算机，都需要宽带控制，这意味着时间相关的哈密顿量的变化率与它产生的动力学一样快或更快。在量子物理学的许多领域，包括量子技术，必须包括环境引起的耗散和退相干。虽然马尔可夫主方程提供了唯一真正有效的方法来模拟这些效应，但这些主方程是针对常数哈密顿量（或具有一组离散的明确定义的频率）导出的。2006年，Alicky、Lidar和Zanardi [Phys. Rev. A 73，052311（2006）]提供了详细的定性论证，证明马尔可夫主方程不能描述宽带控制下的系统。尽管这些论点显然被广泛接受，但这些主方程通常用于精确建模这些系统。这种奇怪的状况可能是由于缺乏量化结果。在这里，我们进行精确的模拟耦合到一个振荡器浴的两个和三个级别的系统，以获得定量的结果。虽然我们确认，在一般的马尔可夫主方程不能预测宽带控制下的阻尼效果，我们发现，有一个广泛适用的制度，他们可以。主方程是准确的弱阻尼，如果拉比频率和带宽的控制显着小于系统的过渡频率。如果控制带宽与驱动跃迁的频率一样大，只要该带宽不与其他跃迁重叠，它们也保持准确。因此，主方程能够为原子系统的许多量子信息处理协议提供精确的描述。
2020-01-30 quant-ph
Noise-enhanced quantum kernels on analog quantum computers for estimating the non-Markovianity from sparse temporal data
National Cheng Kung University（国立成功大学）；Center for Quantum Frontiers of Research and Technology, NCKU（国立成功大学量子前沿科技研究中心）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）
本文提出模拟和混合量子核方法，在基准测试和稀疏数据非马尔可夫性估计中展现竞争力，并发现操作噪声可提升性能，归因于噪声带来的更高表达性和模型复杂度。
2026-09-30 quant-ph
Simulating Non-Markovian Quantum Dynamics on NISQ Computers Using the Hierarchical Equations of Motion
本文提出一种可在 NISQ 计算机上实现任意量子主方程的量子算法，并结合数值精确的 HEOM 模拟开放量子系统的非马尔可夫动力学。
2025-02-10 physics.chem-ph quant-ph
Markovian Noise Modelling and Parameter Extraction Framework for Quantum Devices
提出一种与硬件无关的马尔可夫噪声建模与参数提取框架，可在基准测试中实时、可靠地同时校准多个量子硬件参数，并在 IBM Quantum 上验证。
2024-02-16 quant-ph
Decoherence Rates in Large Scale Quantum Computers and Macroscopic Systems
从量子比特数N变大时的保真度角度研究了量子计算机中的马尔可夫态退相干效应。得到了用马尔可夫弛豫元和系统涨落算符乘积的期望值表示的退相干时标的一般表达式，该表达式也可用于研究玻色凝聚和超导体等宏观系统的退相干.一个标准的电路模型的量子计算机，涉及三态λ系统离子量子比特被认为是，量子比特通过捕获势定位在周围分离的位置。量子比特的质心振动充当了一个水库。相干的一个和两个量子比特门控过程由寻址特定量子比特的时间相关的局部化经典电磁场控制，两个量子比特门控过程由腔模辅助装置促进，其允许量子比特之间的状态交换。通过适当地选择参数，我们发现退相干时间基本上与N无关。
2005-07-25 quant-ph
Polynomial time and space quantum algorithm for the simulation of non-Markovian quantum dynamics
本研究基于费曼路径积分公式开发多项式缩放的非马尔可夫量子动力学模拟量子算法，无经典开销且不受时间纠缠度影响，展现量子优势并成为开放量子系统模拟的统一框架。
2024-11-27 quant-ph
A novel approach to noisy gates for simulating quantum computers
本文提出通过修改无噪声门构造可纳入环境效应的噪声门，以更准确模拟 NISQ 量子计算机，并在最多18量子比特实验中优于 Qiskit。
2023-09-20 quant-ph
Optimal control for maximally creating and maintaining a superposition state of a two-level system under the influence of Markovian decoherence
减少退相干是实现通用量子计算机的重要一步，超越了目前嘈杂的中间尺度量子计算机（NISQ）。为此，经常采用动态解耦（DD）方法，其中外部场被施加到量子位。我们数值研究DD使用两个级别的模型系统（量子比特）的影响下，马尔可夫退相干通过使用量子最优控制理论略有修改的设置，其中的物理目标是最大限度地创建和维持一个指定的叠加态在指定的控制周期。通过系统地改变失相、粒子数衰减、脉冲能量密度和控制周期等参数，并采用两种目标泛函，数值设计了最优脉冲。尽管由于退相干导致的纯度降低导致目标期望值的上限，即，饱和值，最佳成形脉冲通过逐渐创建目标叠加态以尽可能实现饱和值来有效地处理退相干。
2022-09-21 quant-ph
Capturing Non-Markovian Dynamics on Near-Term Quantum Computers
随着量子硬件的快速发展，人们对描述复杂多体系统的新量子算法越来越感兴趣，这些算法寻求“有用的量子优势”这一仍然难以捉摸的目标。令人惊讶的是，用于处理开放量子系统（OQS）的量子算法仍然未被充分探索，部分原因是将非酉演化映射到酉门的框架中的固有挑战。演化一个开放的系统单一地需要扩张成一个新的有效的系统，以纳入关键的环境自由度。在这种情况下，我们提出并验证了一个新的量子算法来处理非马尔可夫动态OQS建立在Lindblad的轨迹方法的包围，调用Sz。Nagy膨胀定理在这里，我们展示了我们的算法在强耦合和失谐制度的Jaynes-Cummings模型，相关的量子光学和驱动量子系统的研究。该算法是噪声量子设备上非马尔可夫动力学广义建模的关键一步，它捕获了广泛的一类动力学，并开辟了OQS问题的新方向。
2021-09-20 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Experimental characterisation of a non-Markovian quantum process
每个量子系统都与环境耦合。这样的系统-环境相互作用导致不同时间的量子操作之间的时间相关性，从而导致非马尔可夫噪声。原则上，非马尔可夫噪声的完整表征需要多时间过程矩阵的层析成像，这在计算上和实验上都是苛刻的。在本文中，我们提出了一个更有效的解决方案。我们采用机器学习模型来估计非Markovianity的数量，如通过信息理论测量量化的，具有断层扫描不完整的测量。我们在量子光学实验上测试了我们的模型，并且我们能够以$90\%$的精度预测非马尔可夫度量。我们的实验为有效检测大规模量子计算机中出现的非马尔可夫噪声铺平了道路。
2021-02-02 quant-ph
Quantum Markov Chain Monte Carlo with Digital Dissipative Dynamics on Quantum Computers
对与环境相连的量子系统的动力学进行建模对于推进我们对复杂量子过程的理解至关重要，因为自然界中的大多数量子过程都受到环境的影响。在量子模拟器上对宏观环境进行建模可以通过耦合独立的辅助量子比特来实现，辅助量子比特以适当的方式促进与系统的能量交换并模拟环境。这种方法需要很大的，可能是指数数量的辅助自由度，这是不切实际的。相比之下，我们开发了一种数字量子算法，它使用少量的辅助量子比特来模拟与环境的相互作用。通过将辅助能量的周期性调制或光谱梳理与周期性重置操作相结合，我们能够模拟与大环境的相互作用，并生成相互作用的多体系统的热态。我们通过模拟制备横向伊辛模型的热态来评估该算法。我们的算法也可以被看作是一个量子马尔可夫链蒙特卡罗（QMCMC）过程，允许采样的吉布斯分布的多变量模型。为了证明这一点，我们使用该算法的简单概率图形模型的抽样吉布斯分布的准确性进行评估。
2021-03-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum algorithm for Markov Random Fields structure learning by information theoretic properties
概率图模型在机器学习中起着至关重要的作用，在各个领域有着广泛的应用。一个关键的子集是无向图形模型，也称为马尔可夫随机场。本文研究了量子计算机上马尔可夫随机场的结构学习方法。基于一种近似最优的经典贪婪算法，提出了一种求解度有界的$r$ -wise马尔可夫随机场结构学习的量子算法.量子算法提供了一个多项式的速度超过经典的变量的数量。我们的工作证明了量子计算在解决机器学习中的一些问题时相对于经典计算的潜在优势。
2022-08-24 quant-ph
The prospects of Monte Carlo antibody loop modelling on a fault-tolerant quantum computer
生物科学的量子计算是一个迅速增长的兴趣领域，但具体的工业应用仍然难以捉摸。量子马尔可夫链蒙特卡罗已经被提出作为一种方法，用于加速广泛的计算问题，包括制药问题。在这里，我们调查的前景，量子优势通过这种方法，通过将其应用到抗体结构建模的问题，在药物开发的一个关键任务。为了最大限度地减少所需的资源，同时保持制药水平的准确性，我们提出了一个特定的编码的分子二面角到寄存器的量子位和方法，在量子叠加，马尔可夫链蒙特卡罗更新步骤的基础上，一个经典的全原子力场。我们首次详细分析了解决工业规模和相关性问题所需的资源，并发现，尽管以这种方式使用量子计算机的时间和空间要求相当大，但持续的技术改进可以在未来实现所需的资源。
2022-07-14 quant-ph
Non-Markovian Quantum Process Tomography
到目前为止，表征协议在有噪声的中间尺度量子计算机（NISQ）的开发中发挥了核心作用，这些计算机能够实现令人印象深刻的量子壮举。这种轨迹预计将继续构建下一代设备：可以在特定任务中超越经典计算机的设备-但表征的进展必须跟上复杂设备噪声的复杂性。在动物园的表征过程中缺失的一块是断层扫描，它可以完全描述在给定的时间范围内的非马尔可夫动态。在这里，我们正式介绍量子过程层析成像，我们称之为过程张量层析成像的概括。我们详细的实验要求，构建必要的后处理算法的最大似然估计，概述了最佳实践方面的准确结果，并使低内存进程的程序效率。表征是诊断和相关噪声的知情控制的途径。作为硬件不可知技术的一个应用实例，我们展示了其预测控制如何用于大幅提高超导量子器件的多时间电路性能。我们的方法可以形成精心开发的软件的核心，可以帮助硬件始终通过容错噪声阈值。
2022-05-24 quant-ph
On the non-Markovianity of quantum semi-Markov processes
利用最近提出的基于偏离半群演化的记忆量化方法研究了量子半马尔可夫（QSM）过程的非马尔可夫性，该方法提供了可分和不可分信道的统一描述.这是带出的QSM过程的属性，表现出记忆效应，即使在CP-整除制度，与早先的结果一致。还提供了半马尔可夫过程的非马尔可夫性质的操作意义。
2022-02-04 quant-ph
Relaxation of a Stationary State on a Quantum Computer Yields Unique Spectroscopic Fingerprint of the Computer's Noise
量子计算有可能彻底改变具有指数缩放的某些类别问题的计算，然而这种潜力伴随着对噪声的显著敏感性，需要复杂的纠错和缓解策略。在这里，我们在几台量子计算机上模拟了不同频率下定态的弛豫，以获得其噪声的独特光谱指纹。从数据中生成的响应函数揭示了非马尔可夫动力学的清晰特征，表明每个量子计算机都是一个具有独特色噪声分布的非马尔可夫浴池。这项研究表明，有噪声的中间尺度量子计算机（NISQ）提供了一个内置的噪声池，可以从封闭量子系统的模拟中进行分析，其结果可能用于错误缓解或开放系统模拟。
2021-04-29 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Quantum Markov monogamy inequalities
Markovianity是沟通问题的核心。这反过来又使得马尔可夫过程的信息理论表征是有价值的。数据处理不等式在这个意义上是普遍存在的，为所有马尔可夫过程分配必要条件。我们在这里解决的问题的信息理论分析的限制马尔可夫过程中的量子制度。我们证明了一类新的量子数据处理不等式的存在，这里称为量子马尔可夫一夫一妻制不等式。量子马尔可夫过程的这类新的必要条件受到经典马尔可夫过程的启发，从而在经典和量子马尔可夫性约束之间提供了强有力的联系。我们继续构建一个家庭的多时间量子马尔可夫一夫一妻制不等式，基于过程张量形式主义，利用多时间相关性。然后，我们表明，通过一个明确的例子，马尔可夫一夫一妻制不等式可以比通常的量子数据处理不等式更强。
2022-07-01 quant-ph
Hidden Quantum Markov Models and Open Quantum Systems with Instantaneous Feedback
隐马尔可夫模型在经典计算机科学中被广泛用于对具有广泛应用的随机过程进行建模。本文研究了这些机器的量子模拟-隐量子马尔可夫模型（HQMRM）。利用量子物理学的性质，HQQs能够产生比经典对应物更复杂的随机输出序列，即使使用相同数量的内部状态。因此，它们有望作为随机过程的量子模拟器找到应用。在这里，我们强调，具有瞬时反馈的开放量子系统是HQdom的例子，从而确定量子反馈控制的新应用。
2014-07-05 quant-ph
Relations between Markovian and non-Markovian correlations in multitime quantum processes
本文研究多时间量子过程中马尔可夫与非马尔可夫时间关联的相互限制，通过过程张量和Choi态互信息推导不等式，发现非马尔可夫性代价随步骤数指数衰减，高度非马尔可夫过程在步骤足够多时可接近最大总关联。
2024-06-03 quant-ph
Non-Markovianity Benefits Quantum Dynamics Simulation
Tencent Quantum Laboratory, Tencent（腾讯量子实验室）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；Zhejiang University（浙江大学）
本研究发现非马尔可夫噪声能提升量子动力学模拟的准确性，揭示其在复杂非平衡物理中的重要性。
2023-11-29 quant-ph
Bounding speedup of quantum-enhanced Markov chain Monte Carlo
针对量子增强马尔可夫链蒙特卡洛算法的量子优势不明确的问题，本文证明其在最坏无结构采样问题上无经典加速，并给出马尔可夫间隙上界排除保迹量子提议的加速可能。
2024-03-05 quant-ph
Operational Markov condition for quantum processes
本文给出了量子过程是马尔可夫过程的一个充分必要条件，该条件在相应的极限下与经典过程一致。我们的条件统一了所有以前已知的量子马尔可夫过程的定义，占所有潜在的可检测的记忆效应。然后，我们得到一个家庭的措施，非马尔可夫有明确的操作解释，如模拟过程所需的内存大小，或实验证伪的马尔可夫假设。
2018-01-30 quant-ph
Photonic non-Markovianity identification by quantum process capabilities of non-CP processes
本文提出一种无需状态优化和纠缠的量子过程层析方法，通过量化非CP过程来识别和测量非马尔可夫性，并在全光学装置上验证了单光子和双光子动力学。
2024-03-17 quant-ph
Quasi-locality and efficient simulation of Markovian quantum dynamics
我们考虑开放的多体系统由含时的量子主方程与短程相互作用。通过广义Lieb-Robinson界，我们证明了这个非常通用的框架中的进化是准局部的，即，可通过仅在可观测量的支持附近实现动态来近似可观测量的演变。精度随着所考虑子系统的直径呈指数增长。因此，可以在经典计算机上模拟时间演化，其成本与系统大小无关。提供Trotter分解的误差界，我们得出结论，量子计算机上的模拟在时间上是额外有效的。对于实验和模拟，我们的结果可以用来严格约束有限尺寸效应。
2012-08-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Computer Music: Foundations and Initial Experiments
University of Plymouth（普利茅斯大学）
量子计算是一项新兴技术，正在迅速发展。使用计算机进行音乐研究的历史很长。如今，计算机对音乐经济来说是必不可少的。因此，量子计算机很可能会在未来影响音乐产业。本章为“量子计算机音乐”这一新领域奠定了基础。它首先介绍了算法计算机音乐和编程计算机生成音乐的方法，如马尔可夫链和随机游走。然后，它提出了这些方法的量子计算版本。这些讨论得到了量子计算概念的详细解释和演练示例的支持。提出了一种定制的生成音乐算法，即Basak-Miranda算法，该算法利用量子力学的一个特性，即建设性和破坏性干涉来操作音乐马尔可夫链。还提供了一个附录，介绍了理解本章所需的量子计算基础知识，以及访问带有示例的量子笔记本的链接。
2021-10-24 cs.ET cs.SD eess.AS
Quantum Simulation of Markovian and Non-Markovian Open Quantum Dynamics in Heavy-Ion Collisions
University of South Dakota（南达科他大学）；LIP（葡萄牙粒子物理与核物理研究所）
该研究提出量子计算框架，引入辅助两能级赝模模拟重离子碰撞中开放量子系统的马尔可夫与非马尔可夫动力学，证明其可行性，为重离子碰撞硬探针研究奠定基础。
2026-09-01 hep-ph quant-ph
Learning a quantum computer's capability
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本文提出用卷积神经网络将量子线路表示为三维张量来预测量子计算机能力，在含马尔可夫和非马尔可夫泡利错误的处理器上平均绝对误差约1%，并在云量子系统上验证了方法的可扩展性与局限性。
2024-10-23 cs.LG quant-ph
Quantum-enhanced Markov chain Monte Carlo
IBM Quantum（IBM量子）；IBM Research – Zurich（IBM苏黎世研究院）；Almaden Research Center（阿尔马登研究中心）；T. J. Watson Research Center（T. J. 沃森研究中心）；NVIDIA（英伟达）
本文提出并在超导量子处理器上实现量子增强 MCMC，通过量子叠加提出移动、经典机接受或拒绝，以更少迭代从经典 Ising 模型的 Boltzmann 分布采样。
2022-03-23 cond-mat.dis-nn cs.LG quant-ph
Variational quantum algorithm for non-Markovian quantum dynamics
针对经典计算机模拟非马尔可夫量子动力学成本高的问题，提出一种采用埃伦费斯特轨迹和蒙特卡罗采样的变分量子算法，在量子模拟器上经自旋-玻色子模型测试与精确解吻合良好，适配NISQ并行平台且适用于非谐系统-浴相互作用和多态系统。
2024-11-30 physics.chem-ph quant-ph
Quantum Simulation of Open Quantum Dynamics via Non-Markovian Quantum State Diffusion
School of Materials, Sun Yat-sen University（中山大学材料学院）
该研究提出了一种混合量子-经典算法，用于模拟具有非马尔可夫环境的开放量子系统，通过复频率模式的非马尔可夫随机薛定谔方程减少量子比特需求，并在自旋-玻色子模型中展示了动态量子相变的增强效应。
2024-04-17 physics.chem-ph quant-ph
Quantum Memristors with Quantum Computers
我们提出了在数字量子计算机上编码忆阻量子动力学。使用一组辅助量子比特，我们模拟了一个有效的非马尔可夫环境的碰撞模型的启发，再现忆阻功能之间的期望值不同的运营商在一个单一的量子比特。我们在IBM量子模拟器中用32个量子位对我们的提议进行了数值测试，获得了量子忆阻器的特征收缩滞后曲线。此外，我们将我们的方法扩展到两个耦合的量子忆阻器的情况下，打开了大门的神经形态量子计算在NISQ时代的研究。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simulating quantum collision models with Hamiltonian simulations using early fault-tolerant quantum computers
本文提出在早期容错量子计算机上利用哈密顿量模拟实现量子碰撞模型的随机量子算法，统一支持马尔可夫与非马尔可夫开放系统动力学模拟，并给出模拟 Lindbladian 动力学的端到端方案及电路资源比较。
2025-08-19 cs.DS quant-ph
Simulating the Spread of Infection in Networks with Quantum Computers
本研究提出用量子计算机模拟网络感染传播，通过类比自旋晶格构型、构建参数化哈密顿量的量子热力学模型模拟经典SI马尔可夫过程，给出参数确定方法，并以小世界网络中奥密克戎传播为例完成验证。
2023-06-14 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph quant-ph
On Hitting Times for General Quantum Markov Processes
本文利用密度矩阵形式定义直接推广经典游走的量子马尔可夫链模型，证明命中时间可用与经典理论类似的公式计算，并将其应用于 Grover 算法等已知量子场景。
2023-07-06 cs.DS math.PR quant-ph
Studies of Short-Time Decoherence for Evaluation of Quantum Computer Designs
我们回顾了我们最近的短时间近似的结果，重点是应用程序的系统与环境的相互作用涉及一个一般的非厄米特系统运营商及其共轭。我们研究了开放量子系统在低温下的退相干。所开发的方法是互补的马尔可夫近似和适当的评估量子计算计划。讨论了耦合到玻色子热浴的自旋系统的例子。
2004-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Bi-Entangled Hidden Markov Processes and Recurrence
本文提出双纠缠隐马尔可夫过程概念，给出其联合期望公式，研究相关量子马尔可夫过程常返性，证明限制于交换子代数可恢复经典隐马尔可夫过程，仅考虑至多可数状态空间。
2024-07-12 math-ph math.MP quant-ph
Quantum Speedup for Nonreversible Markov Chains
Qubit Pharmaceuticals（Qubit制药公司）
本研究提出了一种量子算法，用于加速非可逆马尔可夫链过程，实现指数级加速，突破传统二次加速的限制。
2025-09-03 math-ph math.MP physics.comp-ph
