Protection of noisy multipartite entangled states of superconducting qubits via universally robust dynamical decoupling schemes
本研究在IBM量子云平台上验证了URDD序列能有效保护超导量子比特的噪声多体纠缠态，并通过相位随机化技术显著提升其性能。
2021-12-20 quant-ph
Gradual partial-collapse theory for ideal nondemolition measurements of qubits in circuit QED
在电路QED中，传统的量子位测量方法是利用量子位-腔耦合的色散机制，这导致了量子非破坏（QND）读出的近似方案。由于所谓的Purcell效应，该方案在强耦合和/或强测量驱动的情况下变得有问题。最近的一个建议，凭借纵向耦合提出了一种新的方案，以实现快速，高保真度，和{ \it理想QND}读出的量子比特状态。目前的工作的目的是双重的：（i）在平行的色散读出在过去的几年中所做的，我们进行了这个最近的计划，在量子轨迹方程和量子贝叶斯方法的逐步部分坍缩理论。部分坍缩弱测量理论在基于测量的反馈控制等量子应用中具有重要的应用价值。(ii)在物理方面，我们构造了连续测量下的量子比特-腔联合纠缠态，并对量子效率、量子比特态纯度和输出电流的信噪比进行了综合分析。联合态和量子贝叶斯规则的结合提供了一种与纵向耦合相关联的腔重置的一般方案，它可以将量子比特从与腔态的纠缠中恢复到量子纯态，从而有利于量子比特旋转后的后续部分坍缩测量。
2019-03-09 quant-ph
Macroscopic maximally entangled state preparation between two atomic ensembles
提出利用自适应QND测量在两原子系综间制备宏观最大纠缠态的方案，通过交替测量与自适应幺正操作实现确定性收敛，无需后选择且超越Holstein-Primakoff机制，产生真正的宏观纠缠。
2023-09-14 quant-ph
Efficient W state entanglement concentration using quantum-dot and optical microcavities
提出了一种利用量子点与微腔耦合的低纠缠W态的纠缠浓缩方案。该方案利用自旋宇称的量子非破坏性测量来构造奇偶校验门。与其他ECP不同的是，这种量子点与微腔耦合的低纠缠W态可以通过单光子的作用而被集中。可以重复整个协议以获得更高的成功概率。它可能在当前的量子信息处理中有用。
2012-06-25 quant-ph
Quasideterministic generation of maximally entangled states of two mesoscopic atomic ensembles by adiabatic quantum feedback
我们提出了一种有效的准确定性方案来产生两个原子系综的最大纠缠态。该方案是基于总原子布居的量子非破坏测量和绝热量子反馈的测量输出的条件。该计划的高效率进行了测试，并确认数值理想的光电探测，以及在存在的损失。
2005-09-26 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Single-photon entanglement concentration for long-distance quantum communication
提出了一种利用量子非破坏探测器实现长距离量子通信的单光子纠缠集中协议。它是第一个单光子纠缠态的浓缩协议，不需要量子通信双方知道纠缠度较低的量子态的系数$α$和$β$的准确信息。此外，它不依赖于复杂的单光子探测器，这使得该协议在当前的实验中更加可行。此外，它可以迭代，以获得更高的效率和产量。这些优点使得该协议在长距离量子通信和量子互联网中有更实际的应用。
2010-01-12 quant-ph
Universal Separability and Entanglement in Identical Particle Systems
已知纠缠是相对概念，相对于要测量的物理可观测量的选择来定义（即，使用的测量设置）。这意味着，一般来说，相同的状态可以在不同的测量设置下既可分离又可纠缠，但这并不排除存在对于所有可能的设置都可分离（或纠缠）的状态。我们表明，玻色子系统确实存在这样的普遍可分的状态：它们是独立同分布的。纯国家。相比之下，只有少数例外情况下，费米子系统不存在这样的状态。我们还发现费米子和玻色子系统都不存在普遍的纠缠态。
2013-02-14 quant-ph
Quantum nondemolition measurement of an electron spin qubit
量子系统的测量不可避免地涉及各种形式的扰动。然而，在量子力学的限制下，人们可以设计一种“理想”的投影测量，这种测量不会对被测的可观测量引入反作用，称为量子非破坏（QND）测量。在这里，我们演示了一个全电QND测量的单电子自旋的栅极定义的量子点通过交换耦合的辅助量子比特。编码在单重态-三重态双电子子空间中的辅助量子比特与单自旋纠缠，随后以比自旋弛豫快两个数量级的速率在Single Shot投影测量中读出。QND性质的测量协议是证明通过观察一个单调增加的读出保真度超过100个重复测量对任意输入状态。我们使用最优推理的方法从测量记录中提取信息，该方法对弛豫和失相的存在是宽容的。QND测量使我们能够在小扰动下观察到孤立系中的自发自旋翻转（量子跃迁）。结合自旋量子比特的高保真度控制，这些结果为各种基于测量的量子态操纵包括量子纠错协议铺平了道路。
2019-04-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient $N$-particle $W$ state concentration with different parity check gates
提出了一种利用不同的奇偶校验门将任意$N$粒子的无纠缠$W$态集中到最大纠缠$W$态的通用方法.它包括两个协议。第一个协议是基于线性光学元件的部分奇偶校验门，第二个协议使用量子非破坏（QND）来构造完全奇偶校验门。两者都可以实现集中任务。这些协议有几个优点。首先，它只需要几个单光子就可以得到一个最大纠缠W态，大大减少了纠缠资源的数量。第二，在第一协议中，仅需要线性光学元件，这对于当前技术是可行的。第三，在第二个方案中，可以重复执行浓缩步骤，并获得更高的成功概率。所有这些优点使其在当前的量子通信和计算应用中非常有用。
2012-04-06 quant-ph
Distributed quantum sensing with a mode-entangled network of spin-squeezed atomic states
量子传感器用于精确计时、场传感和量子通信。例如，这些传感器的分布式网络之间的比较能够同步不同位置的时钟。传感器网络的性能受到技术挑战以及与用于实现网络的量子态相关联的固有噪声的限制。对于在每个节点处仅具有局部纠缠的网络，网络的噪声性能最多以节点数量的平方根提高。在这里，我们证明了网络节点之间的非局域纠缠提供了更好的缩放与网络规模。一个共享的量子非破坏性测量纠缠了一个最多有四个节点的时钟网络。该网络的精度比没有非局域纠缠的网络高出4.5 dB，比在量子投影噪声限制下运行的传感器网络高出11.6 dB。我们证明了一般性的方法与原子钟和原子干涉仪协议，在科学和技术相关的配置优化的传感器输出的固有差分比较。
2022-05-12 quant-ph
Measurability of Wilson loop operators
我们证明了在相对论非阿贝尔规范理论中，类空威尔逊圈算符W（C）的非破坏测量是不可能的.特别是，如果两个空间分离的磁通量管都与环C相连，那么W（C）的非破坏性测量将导致电荷从一个磁通量管转移到另一个，这违反了相对论因果关系。在非阿贝尔规范理论中，在适当的物质含量下，W（C）的破坏性测量是可能的。在阿贝尔规范理论中，分布在环C上的多个合作方可以对威尔逊圈算符进行非破坏性测量，前提是它们配备了一个事先准备好的共享纠缠辅助系统。我们还注意到，阿贝尔电荷（但不是非阿贝尔电荷）可以超光速传输，没有任何伴随的信息传输。
2001-10-22 gr-qc hep-lat hep-th
A Review of Unitary Quantum Premeasurement Theory An Algebraic Study of Basic Kinds of Premeasurements
给出了量子预测量动力学的详细理论，其中包含相关的物体-测量-仪器相互作用的幺正复合系统算符产生最终的预测量态。它不包括崩溃，也不考虑环境。假设测量的是离散的简并或非简并可观测量。预先测量由校准条件定义，该条件要求测量的可观测值的每个初始统计上尖锐的值必须由测量仪器以统计上的确定性检测。整个理论是使用标准量子形式主义推导出的该定义的逻辑结果。这项研究的涵盖范围很广，因此这篇文章实际上是一个专题评论。连接与其他作者的结果，特别是与预测量的基本工作。这篇文章是一个概念性的评论，而不是一个历史性的。一般精确预测量定义在7个等价的方式。非拆除预测量，定义为要求保留任何尖锐的价值观的测量，其特点是在10个等效的方式。过度测量，i。例如，讨论了一种过程，在该过程中，由于可观测量是实际测量的更精细的可观测量的函数，所以可观测量被测量。解纠缠预测量，其中，根据定义，每个结果对应于只有一个指针可观测的状态在最终的复合系统状态，进行了研究。本文定义了理想预测量，它是非爆破预测量和解缠预测量的一种特殊情况，并讨论了它的一些重要性质。最后，解缠和缠缠预测量，结合非拆除或拆除预测量，用于所有预测量的分类。
2014-12-25 quant-ph
Photon loss effects on light-mediated non-Gaussian entangled Bose-Einstein condensates projecting with different photon measurement outcomes
本文研究光子损耗退相干下光介导原子 BEC 的纠缠，利用 TESR 与 IWOP 得到损耗信道精确密度矩阵，并比较多种纠缠判据的检测效果。
2025-01-11 quant-ph
Reply to "Comment on 'Measuring a Photonic Qubit without Destroying It'"
在我们的信中，我们提出了一个计划的非确定性量子非破坏（QND）测量的偏振的单光子-光子量子比特-使用线性光学和光电探测。该方案的工作与非单位概率，但成功预示着一个单一的光子在米输出的检测。我们提供了这个方案的实验演示，并介绍了三个普遍适用的保真度措施-测量保真度F_M，量子态制备保真度F_QSP，和QND保真度F_QND-来量化它的性能。Kok和Munro在他们的评论[quant-ph/0406120]中声称，我们的保真度度量之一F_M是不合适的，因为它依赖于符合测量。我们从根本和操作的角度说明了为什么这种说法是错误的。
2005-07-19 quant-ph
Communication Cost in Simulating Unknown Entangled States
本文提出利用经典通信和共享随机性通用模拟 $n$-qubit 态局部测量统计的协议，在无额外参与方、观测者不知全局态且局部设置不公开下保留模拟量子场景的关键特征。
2024-02-18 quant-ph
States of an Ensemble of Two-Level Atoms with Reduced Quantum Uncertainty
我们利用光量子非破坏测量方法制备了5 × 10^4个铷-87原子系综的纠缠态。共振增强测量使原子系综处于压缩自旋态，该系综是在超精细时钟能级的叠加中制备的。通过比较量子投影噪声的降低（高达8.8（8）dB）与随之而来的相干性降低，我们证明了一个时钟输入态的光谱灵敏度超过标准量子极限3.0（8）dB。
2010-02-18 quant-ph
Generation of Photonic Matrix Product States with Rydberg Atomic Arrays
我们展示了如何可以确定性地产生光子矩阵产品状态与高的键和物理尺寸的原子阵列，如果一个人有机会获得里德伯封锁机制。我们发展了一个量子门和一个最优控制方法来控制系统，并分析了原子阵列的光子回收效率。系统的综合建模表明，我们的计划是能够产生大量的纠缠光子。我们进一步发展了一种多端口光子发射方法，可以有效地将纠缠光子分布到自由空间的几个方向，这可以成为未来量子网络的有用工具。
2021-04-13 quant-ph
Quantum thermometry in a squeezed thermal bath
研究了探针与压缩热浴通过非破坏相互作用耦合的量子测温过程中量子费舍尔信息（QFI）的退相动力学。我们还计算了参数估计的上界，并研究了初始条件和退相干，特别是压缩参数对最优估计的影响。此外，还详细讨论了温度最佳测量的可行性。然后，将结果推广到纠缠探测，并分析了探测温度的多量子比特方案。我们的结果表明，压缩可以减少最佳测温所需的通道数。比较多量子比特估计的不同方案，我们发现与信道相互作用的量子比特数量的增加不一定会改变估计温度的精度。此外，我们还讨论了从W态出发，采用并行策略对量子测温的增强。
2019-09-24 quant-ph
Nonlinear generation of quantum-entangled photons from high-Q states in dielectric nanoparticles
我们发展了亚波长介质粒子自发参量下转换非线性产生纠缠光子的多极理论。我们表明，光激发与高品质的超腔模式的砷化铝镓（AlGaAs）纳米盘共振导致强烈增强的纠缠光子对产生与电和磁偶极子模式。我们严格的数值计算结果证实了一个分析模型，普遍描述形成的高$Q$共振态和暗态由于父多极子，即磁偶极子和磁八极子的干扰和相互作用。我们的发现和描述可以指导量子和非线性纳米光子学的应用。
2018-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Measurement-induced entanglement of two superconducting qubits
研究了两个超导量子比特通过谐振腔耦合的问题。如果系统中只存在一个量子，并且谐振器中的光子数测量结果为零，则量子比特最终处于纠缠的贝尔态。在这里，我们来看看这个量子非破坏方案中的一个误差来源，这是由于在测量之前，谐振器中存在多个量子。通过分析具有任意数量量子的条件哈密顿量的结构，我们表明该方案对这些类型的错误具有显著的鲁棒性。
2008-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Deterministic preparation of supersinglets with collective spin projections
我们介绍了一个程序来产生超单态，角动量单态的多体推广。超单态被定义为由$ N $自旋- $ j $粒子组成的总自旋零态。它们是高度纠缠的，并且在任何方向上具有零自旋方差，因此对于量子精密测量是潜在有用的。我们的方案是基于投影测量，测量整个自旋系综的集体自旋。局部么正旋转被有条件地应用于测量结果，例如以最大化在后续测量中获得自旋零的概率。在$ z $ -和$ x $ -基础上重复该序列，直到获得朝向超单态的收敛。不管初始状态如何，我们的序列都有效，并且不需要后选择。由于使用强投影测量，非常快的收敛到零自旋方差。我们讨论了一个实施例，使用量子非爆破测量原子系综，并进行数值模拟，以证明该程序。
2022-04-15 quant-ph
Observation of quantum spin noise in a 1D light-atoms quantum interface
我们在一维光-原子界面上观测到了原子系综的集体量子自旋态。由数百个铯原子组成的弦被困在一个锥形钟的倏逝场中，处于相干自旋态，这是两个时钟态的叠加。一个弱的量子nondemolition测量的一个投影的集体自旋使用失谐探针分散耦合到集体原子观察，随后由一个强破坏性测量相同的自旋投影。对于相干自旋态，我们实现的量子投影噪声的值40分贝以上的检测噪声，远高于重建非经典状态的负维格纳函数所需的3分贝。我们分析了由倏逝波捕获和探测的原子所固有的强空间不均匀性的影响。我们进一步研究了与测量诱导自旋压缩相关的量子涨落的时间动力学，并评估了热原子运动的影响。这项工作为在一维自旋系综中观察自旋压缩态和纠缠态以及多体相互作用铺平了道路。
2018-01-18 quant-ph
Heralded high-dimensional module-based quantum computation
University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；Shijiazhuang Tiedao University（石家庄铁道大学）
研究基于高维模块的量子计算，开发了两个高维广义奇偶模块，提出构建基于高维广义模块的受控非门的过程，该过程具有确定性、预示性等特点，确定了可用于高维量子计算的模块，并提出光学无损实现方案。
2026-07-24 quant-ph
Thermalization of isolated quantum many-body system and the role of entanglement
本文从理论上证明，孤立多体量子系统中可观测量热平均值源于纠缠能量本征态，且其期望值与边际分布等价于微正则和正则平均值。
2024-04-18 quant-ph
Polarization entanglement purification of nonlocal microwave photons based on the cross-Kerr effect in circuit QED
随着第一颗量子卫星的成功发射，微波光子成为量子通信中非常重要的量子比特。因此，如何保证微波量子通信的高安全性和高效率，是一个非常有意义的课题。基于电路量子电动力学中的交叉克尔效应，提出了一种新颖的非局域微波光子偏振纠缠纯化方案。该方案可以解决由于环境噪声的退相干而导致用于构建量子信道的最大纠缠态纯度降低的问题。这个任务是通过偏振奇偶校验量子非破坏（QND）检测器，位翻转操作，和线性微波元件。QND探测器由多个交叉克尔效应系统组成，通过将两个超导传输线谐振器耦合到具有N型能级结构的超导分子上来实现。给出了电路QED中QND测量系统的适用实验参数，并分析了其可行性。该协议在未来微波光子辅助的长距离量子通信中有很好的应用前景，如卫星量子通信。
2017-12-05 quant-ph
Universal distillation of quantum entanglement
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen（香港中文大学（深圳））；International Quantum Academy（国际量子学院）；Nagoya University（名古屋大学）
本文提出一种不依赖输入态描述的普适LOCC协议，证明即使未知输入态，也能达到最优的可蒸馏纠缠速率，从而将可蒸馏纠缠确立为稳健的操作量。
2026-10-01 quant-ph
Can the Many-Worlds-Interpretation be probed in Psychology?
测量问题和量子到经典跃迁的最小化方法假设普遍有效的量子形式，即由薛定谔方程控制的幺正时间演化。正如很久以前已经指出的那样，在这种观点中，测量过程可以用退相干来描述，根据Everett和Zeh的说法，退相干导致了“多世界”或“多心智”的场景。然而，退相干进行的一个沉默的假设是，在测量过程中存在关于我们的物体系统纠缠的环境的不完整信息。本文解决了这个问题，这些信息被追溯出来，并-通过采用最近的方法来模拟意识在神经科学中-认为，严格的解释结果在一个现代的角度来看冯-诺依曼-维格纳解释-即，信息是或不是在观察者的意识是至关重要的定义的环境。因此，量子到经典的转变虽然在物理学中很难或不可能探索，但在心理学中可能是可以检验的。
2017-01-17 quant-ph
Diamond-shaped quantum circuit for real-time quantum dynamics in one dimension
该研究提出菱形量子电路近似多量子比特门电路，在横向场伊辛模型淬火动力学中准确表示长时间演化，并遵循纠缠熵体积律，优于双量子比特门电路。
2023-11-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Practical post-processing for quantum-key-distribution experiments
量子密钥分发（QKD）通过巧妙地利用量子力学的性质，承诺在两个遥远的参与者之间无条件安全地生成密钥。在量子密钥分发中，对量子态的实验测量被转换为密钥，并且这必须根据安全性证明来完成。不幸的是，许多理论证明并不容易在实验中实现，也没有考虑所有的实际问题。因此，为了弥合这一“实际差距”，我们将一些现有的理论结果与新的发展结合在一起，实际上产生了一个简单而完整的经典后处理配方，人们可以遵循这个配方从实际QKD实验的测量结果中导出密钥。这种整合是不平凡的，我们的考虑是既实用又全面的意义上说，我们考虑到有限的密钥长度，并考虑安全的几个基本原语（包括身份验证，错误处理和隐私放大）的影响。此外，我们量化的安全性的最终密钥是普遍组合。我们表明，有限尺寸效应主要来自相位误差估计。我们的结果适用于单光子源或纠缠光子源的BB84协议。
2009-04-13 quant-ph
Optimal superbroadcasting of mixed qubit states
“广播”，即向许多用户分发信息，在信息是量子的情况下，原则上受到限制。这在量子信息理论中提出了一个关键问题，用于分布式处理和网络通信。对于纯态，理想广播与所谓的“量子克隆”相一致，描述了一种假设的理想设备，能够从一个状态的有限数量N个副本（从一个集合中抽取）产生相同状态的更大数量M>N个输出副本。由于这样的变换不是等距的，所以对于从非正交集合中抽取的量子态，任何物理机器都无法实现：这本质上是“不可克隆”定理的内容。对于混合态，情况完全不同，因为从每个单个用户的角度来看，局部边缘混合态与纠缠态的部分迹是不可区分的，并且存在无限多个对应于理想广播的联合输出状态。实际上，对于足够大数量的$N$输入副本，不仅非交换混合状态的理想广播是可能的，而且人们甚至可以在该过程中净化状态。这种复制数量不断增加的状态净化被称为“超级广播”。在本文中，我们将回顾最近的一些结果的量子比特的超广播，为两个不同的输入状态，对应的泛协变广播和相位协变广播的赤道状态。
2005-10-19 quant-ph
What does the operator algebra of quantum statistics tell us about the objective causes of observable effects?
量子物理学只能对可能的测量结果进行统计预测，这些预测来自算子代数，与传统的概率定义有根本的不同，因为它主观地缺乏关于系统物理现实的信息。在本文中，我将探讨如何运营商形式主义容纳大量的可能的状态和测量，其基本功能的描述初始条件和随后的观察之间的因果关系的特征。它表明，任何完整的因果关系的描述必须涉及非积极的统计元素，不能与任何直接观察到的影响。通过对理想关联的唯一定义的数学描述，证明了非正元素的必要性，从而解释了最大纠缠态、量子隐形传态和量子克隆等物理现象。因此，算子形式主义通过提供初始状态和后续观测之间的确定性关系的普遍有效的描述来修改因果关系的概念，这些关系不能用直接可观察的测量结果来表达。相反，因果关系的可识别要素必然是非积极的，因此是不可观察的。因此，算子代数的有效性表明，只有当我们学会接受这样一个事实，即因果关系的元素不能与物理对象中可观察现实的延续相调和时，才有可能对与物理对象相关的各种不确定性有限现象做出一致的解释。
2020-06-02 quant-ph
Universal quantum operations and ancilla-based readout for tweezer clocks
本文在光镊钟平台上演示了中性原子光钟量子比特的通用量子操作和基于辅助比特的读出，实现了高保真纠缠门、近最优GHZ探针态制备及量子逻辑光谱学，为混合处理器-时钟器件奠定基础。
2024-10-17 quant-ph
Embezzlement of entanglement, quantum fields, and the classification of von Neumann algebras
本文在冯·诺依曼代数框架下研究纠缠挪用任务，定义了两个代数不变量，证明类型 III$_1$ 因子是普适挪用者，并据此解释量子场论中 Bell 不等式的最大违背。
2025-04-10 hep-th math-ph math.MP
