Proposal for Dimensionality Testing in Quantum Private Query
近来，量子态的维数测试已经受到广泛关注（Ac{i}n et al. 2006，Scarani等人，Phys. Rev. Lecture. 2006年）。现有量子信息处理协议的安全性证明依赖于对逻辑比特编码的量子态维数的假设。然而，去除这种假设可能会导致安全漏洞。在本文中，我们表明，这确实是这样的。我们选择了Yang等人的两个参与者的量子私有查询协议。信息处理。2014）作为一个例子，并展示了一个玩家如何通过改变共享量子系统的子系统的维度来获得不公平的优势。为了抵抗这种攻击，我们提出了一种不同的方式进行维度测试。我们的建议是基于CHSH一样的游戏。当我们像游戏一样利用CHSH时，它可以用来测试状态是否是协议变得完全脆弱的产品状态。
2018-11-05 quant-ph
Generating redundantly encoded resource states for photonic quantum computing
本文提出利用单个量子发射器确定性生成冗余编码的光子资源态，以提高光子融合的成功率，为光子量子计算和量子中继提供新方法。
2025-12-02 quant-ph
Programmable Unitary Operations for Orbital Angular Momentum Encoded States
我们提出并证明了一个可扩展的和有效的计划，可编程酉操作的轨道角动量（OAM）域。基于矩阵分解为对角因子和傅立叶因子，任意矩阵算子只需对角矩阵交替作用于轨道角动量域和方位角域，并通过傅立叶变换将它们联系起来即可实现。通过数值模拟，设计并讨论了OAM域上维数为3*3的酉矩阵。同时，我们提出的方案的并行性也提出了两个3*3矩阵。此外，作为验证我们的建议的替代方案，已经在路径域上使用相同的矩阵分解方法进行了原理实验的证明，其中通过80个维度为3*3的实验结果评估了平均保真度为0.97。
2022-08-24 physics.optics quant-ph
Towards Photon-Number-Encoded High-dimensional Entanglement from a Sequentially Excited Quantum Three-Level System
本研究实验实现了半导体量子点三能级系统的连续双光子共振激发，生成了在光子数基中编码的时间与能量纠缠光态，并通过能量时间分辨关联实验结合理论建模部分恢复了其纠缠结构，为量子信息应用提供了新途径。
2024-07-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Proposal for Quantum Simulation via All-Optically Generated Tensor Network States
我们设计了一个全光方案，用于产生编码在时间模式中的纠缠多模光子态。该方案采用了一个非线性的下转换过程中的光学回路，以产生一维和更高的维张量网络状态的光。我们说明的原则与两个不同类别的纠缠张量网络状态的生成和报告的变分算法来模拟多体系统的基态物理。我们证明，国家的最先进的光学设备是能够确定自旋1/2海森堡模型的基态性质。最后，该计划的实施被证明是强大的对现实的损失和模式失配。
2018-03-28 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
One-step implementation of a multi-target-qubit controlled-phase gate with photonic qubits encoded via eigenstates of the photon-number parity operator
提出以光子数奇偶算符本征态编码光子量子比特，并借助耦合超导磁通三能级量子比特的多个微波腔单步实现可混合编码的多目标受控相位门，操作时间不随目标数增加且抑制退相干。
2023-06-04 quant-ph
The effect of the processing and measurement operators on the expressive power of quantum models
人们对量子机器学习（QML）模型、它们如何工作以及它们对哪些应用有用越来越感兴趣。关于如何对经典数据进行编码，以及应该使用什么样的电路ansätze和测量算子来处理编码数据和测量Analog的输出状态，有许多不同的建议。上述操作符的选择在QML模型的表达能力中起着决定性的作用。在这项工作中，我们研究如何在电路结构的某些变化改变这种表现力。我们引入数值和分析工具来探索这些运营商在QML模型的整体性能的影响。这些工具是基于以前的工作的教师-学生计划，部分傅立叶级数和平均运营商的大小。我们的分析集中在两个和三个量子比特的简单QML模型上，并观察到增加参数化和纠缠门的数量会导致某些电路结构的更具表现力的模型。此外，在哪个量子位上进行测量会影响QML模型可以学习的函数类型。这项工作勾勒的决定性作用，处理和测量运营商的表达能力的简单量子线路。
2022-11-06 cs.NA math.NA quant-ph
Optically generated 2-dimensional photonic cluster state from coupled quantum dots
提出了一种利用两个耦合的量子点发光体产生二维偏振编码光子量子比特团簇态的方法。我们结合最近的建议[N]。H. Lindner和T. Rudolph，Phys. Rev. Lett. 103，113602（2009）]，从一个单一的点产生1维集群状态串，与一个新的建议，光学诱导条件相位（CZ）门之间的两个量子点。两个量子点之间的纠缠转化为两个光子团簇态串之间的纠缠。使用腔和波导的量子点的进一步对间耦合可以导致2维簇片。详细的误差分析表明，我们的建议是可行的，以目前的技术。最重要的是，发射的光子不需要具有相同的频率，因此对量子点的共振能量没有限制，这是此类光源的标准问题。
2010-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal quantum gate with hybrid qubits in circuit quantum electrodynamics
混合量子比特在量子计算中引起了广泛的关注。我们在这里提出了一种通过耦合到超导通量量子组的两个三维（3D）微波腔实现两个混合量子比特的通用受控相位门的方法。对于这里考虑的门，控制量子比特是微波光子量子比特（类粒子量子比特），其两个逻辑状态由一个腔的真空态和单光子态编码，而目标量子比特是猫态量子比特（类波量子比特），其两个逻辑状态由另一个腔的两个正交猫态编码。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被大大抑制。门电路的实现非常简单，因为它只采用一个基本操作，既不使用经典脉冲，也不使用测量。我们的数值模拟表明，与电流电路QED技术，这种门可以实现高保真度。该提议的一般性允许在广泛的物理系统中实现所提出的门，例如耦合到天然或人工三能级原子的两个1D或3D微波或光学腔。最后，这个方案可以用来在类粒子光子量子比特和类波猫量子比特之间产生一种新的纠缠态。
2019-10-18 quant-ph
Is the large uncertainty of $δ_{CP}$ fundamentally encoded in the neutrino quantum state?
研究通过量子估计理论探讨中微子振荡实验中$δ_{CP}$不确定性的来源，指出味测量信息限制是主因，并提出通过优化振荡最大值可提升$δ_{CP}$信息量。
2025-11-26 hep-ex hep-ph quant-ph
High-fidelity measurement of qubits encoded in multilevel superconducting circuits
量子位测量是量子信息处理的核心。在超导量子比特领域，标准读出技术不仅受到信噪比的限制，而且还受到测量过程中的状态弛豫的限制。在这项工作中，我们证明了由于松弛的限制可以通过使用超导电路的多电平希尔伯特空间来抑制：在多级编码中，只有当出现多个错误时，测量才被破坏。采用这种技术，我们表明我们可以直接解决$10^3.$中一个部分的水平上的transmon门错误扩展这一想法，我们将相同的原理应用于以玻色子模式编码并使用transmon辅助检测的逻辑量子比特的测量，实现了Hann等人的提议。[Phys. Rev. A \textbf{98} 022305（2018）]。量子比特状态分配是基于一系列重复的读出，进一步减少了整体的不保真度。这种方法是相当普遍的，并研究了几种编码;当它们之间的距离相对于光子损失增加时，码字更容易区分。多个读出和状态松弛之间的权衡进行了探讨，并显示与光子损失模型是一致的。我们报告了一个逻辑分配失真的$5.8\times 10^{-5}$为Fock为基础的编码和$4.2\times 10^{-3}$的QEC代码（$S=2,N=1$二项式代码）。我们的研究结果不仅将提高量子信息应用的保真度，而且还可以更精确地表征工艺或门错误。
2019-08-23 quant-ph
Atomic Quantum Computer
目前实现量子计算机如核磁共振、量子点和囚禁离子的方案都是基于使用一个原子或离子作为一个量子比特。在这些提议中，量子计算机由几个原子组成，它们之间的耦合提供了量子门所需的量子位之间的耦合。我们讨论了{ \it单}原子能否用作量子计算机。原子的内部态用于保存量子信息，而自旋-轨道和自旋-自旋相互作用提供了原子量子计算机中量子比特之间的耦合。特别地，可以使用电子自旋共振（ESR）来处理在原子能级的超精细分裂中编码的信息。通过使用量子态工程，人们可以操纵天然或人造（量子点）原子的内部状态来进行量子计算。
1999-11-14 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Demonstrating experimentally the encoding and dynamics of an error-correctable logical qubit on a hyperfine-coupled nuclear spin qudit
本研究利用电子–核双共振在超精细耦合的 I=3/2 核自旋 qudit 上编码可纠错逻辑量子比特，并通过受控磁场涨落与自然退相干实验验证其容错量子存储潜力。
2025-01-09 quant-ph
Spin-orbit maximally discordant mixed states
我们提出了一种利用线性光路制备自旋轨道最大不协调混合态的方案，其中量子比特被编码在光子的偏振和横模自由度中。特别地，我们讨论了如何制备非平衡自旋轨道纠缠态，并利用这种技术获得了最大不协调的混合态。我们提出了一个模拟的光路使用琼斯矩阵形式主义。我们进行了纠缠，经典和量子关联的研究。结果显示与基本理论非常一致，并为解决光学装置中的量子相关性开辟了一种新的实验方法。
2022-12-07 quant-ph
Greenberger-Horne-Zeilinger state generation with linear optical elements
我们提出了一个方案，概率产生Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）的三个光子的路径自由度上编码的状态。这些光子彼此完全独立，在协议的整个演变过程中没有直接相互作用，这显然只需要线性光学设备即可工作，并需要两个额外的辅助光子来介导相关性。该方法在分布式量子计算和多方量子通信中具有潜在的应用价值，并与最近文献中报道的类似方案进行了比较。我们还讨论了主要的误差源，限制了在一个真实的实验中的协议的效率和一些有趣的方面有关的介质光子的概念的空间非局部性。
2018-11-26 quant-ph
The Optical Frequency Comb as a One-Way Quantum Computer
在量子计算的单向模型中，量子算法仅使用对纠缠初始态的测量来实现。在创建这个通用资源（称为集群状态）时，大部分艰苦的工作都是预先完成的，测量是在这个通用资源上进行的。在这里，我们详细介绍了一个新的建议，一个可扩展的方法创建集群状态，只使用一个单一的多模光参量振荡器（OPO）。该方法产生一个连续变量的集群状态，是通用的量子计算和编码的正交的光学频率梳的OPO。这项工作扩展了物理学的介绍。101，130501（2008）。
2009-05-19 quant-ph
Globally controlled artificial semiconducting molecules as quantum computers
预计量子计算机在执行某些特定任务时比经典计算机效率高得多。这些计算机实际实现的困难在于建立一个可以在更大的介观尺度上控制的微观量子系统。在这里，我展示了嵌入适当的氧化锌半导体结构中的施主原子的垂直线可以构成人工分子，这些分子是相同量子计算机的许多副本。在这种可扩展的架构中，每个信息单元都被编码到供体的电子自旋上。与大多数现有的实际建议相反，这里的逻辑运算只需要通过电磁脉冲对自旋进行全局控制。环绕测量简化了读数。只要适当改进其生长和掺杂方法，氧化锌有望成为下一代计算机的良好半导体材料。
2005-03-17 quant-ph
Floquet Engineering and Harnessing Giant Atoms in Frequency-Comb Emission and Bichromatic Correlations in Waveguide QED
本文通过动态调制量子比特阵列实现频率可控单光子发射，生成偶宇称或反斯托克斯边带频率梳，扩展波导QED至手性非局域架构，支持高维纠缠态生成及多光子动力学高效模拟，推动频率编码量子信息处理与多体模拟。
2025-02-14 quant-ph
Long-range adiabatic quantum state transfer through a linear array of quantum dots
介绍了一种基于量子点阵列的绝热远程量子通信方案。通过动态地改变施加在系统上的外部栅极电压，编码在电子中的量子信息可以从一个端点传输到另一个端点。我们数值求解了具有给定数量量子点的系统的薛定谔方程。结果表明，该方案是一种简单而有效的协议，在适当的门脉冲相干操纵的人口转移。分析了能隙和转移时间对系统参数的依赖关系，并给出了数值结果。我们还调查了绝热通道在一个更现实的系统中存在不可避免的制造缺陷。该方法为今后在实验中实现绝热量子态转移提供了指导。
2012-06-28 quant-ph
Ultrafast Fault-Tolerant Long-Distance Quantum Communication with Static Linear Optics
我们对[arXiv：1503.06777]中提出的全光贝尔测量和超快长距离量子通信方案的抗误差性和优化进行了深入分析。为了促进我们以前的建议从损失容错，我们介绍了一个通用的和紧凑的形式主义，也可以应用到其他相关的计划（包括非全光的，如[PRL 112，250501]）。借助这种新的表示，我们表明，我们的通信协议不仅抵消不可避免的光子损失在信道传输过程中，但也能够抵抗常见的实验错误，如保利型错误（位和相位翻转）和检测器效率低下（损失和暗计数）。此外，我们证明，在光子量子比特的物理水平上，选择标准的线性光学贝尔测量其有限的效率是最佳的设置在这个意义上，除了他们的潜在用途在状态准备，更先进的贝尔测量产量只有一个小的减少资源消耗。我们设计了两个状态生成方案，提供所需的辅助编码贝尔状态（准）在每个站的需求。这些方案基于非线性光学或具有多路复用的线性光学，并且分别表现出与每个编码量子比特的光子数线性或小于二次的资源成本。最后，我们表明可以使用开关检测器而不是使用光子数分辨检测器来运行我们的通信方案。
2016-10-14 quant-ph
Quantum Computers and Decoherence: Exorcising the Demon from the Machine
退相干是量子计算机实现的主要障碍。直到最近，人们还认为量子纠错码是解决退相干问题的唯一完整方案。在这里，我们提出了一种替代方案，它是基于一个消相干的子空间编码和应用程序的强大和快速的脉冲的组合：“编码的再耦合和再耦合”（ERD）。这种替代方案的优点是编码开销较低（每个逻辑量子比特只有两个物理量子比特就足够了），并且直接应用于许多有希望的量子计算机实验实现方案。
2003-02-27 quant-ph
Variational Quantum Non-Orthogonal Optimization
针对通用量子计算机量子比特有限且含噪的问题，提出将离散经典变量编码为非正交量子态并结合VQE与量子态层析成像的优化方案，显著减少所需量子比特数，在有限量子硬件上成功优化多项式。
2023-06-29 quant-ph
Spin-based single-photon transistor, dynamic random access memory, diodes and routers in semiconductors
量子计算机和量子互联网的实现不仅需要量子门和量子存储器，还需要单光子水平的晶体管来控制编码在单光子上的信息流。单光子晶体管（SPT）是一种量子极限下的光学晶体管，它利用单个光子来打开或阻塞光子通道。与之前所有基于单光子非线性的SPT方案形成鲜明对比的是，本文提出了一种基于线性光学效应的高增益和高速（高达THz）SPT的新设计--由双面光学微腔中的单个自旋引起的巨圆双折射（GCB）。门光子通过投影测量设置自旋状态并控制光在光通道中的传播。这种自旋腔晶体管可以直接配置为二极管，路由器，DRAM单元，开关，调制器等，由于作为量子门和晶体管的二重性，自旋腔单元提供了一个理想的固态平台，为未来的互联网-全光互联网与量子互联网的混合。
2017-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Self-testing quantum randomness expansion on an integrated photonic chip
本文提出并实现了一种基于集成光子芯片的自检测量子随机数发生器，利用测量设备无关协议在容忍高损耗和噪声的同时产生可认证随机性，为硅光子平台上的规模化小型化自检测QRNG铺平道路。
2024-11-20 quant-ph
A Self Assembled Nanoelectronic Quantum Computer Based on the Rashba Effect in Quantum Dots
量子计算机有望极大地增强计算能力，并具有解决经典难题的不可思议的能力。然而，对于这种计算机的鲁棒的固态实现存在很少的建议，其中量子门被充分小型化以具有纳米级尺寸。在这里，我提出了一种新的方法，即一个完整的计算机与纳米级门可能是自组装使用化学合成。具体来说，我演示了如何自组装的基本单位的量子计算机-一个2量子位通用量子控制非门-基于两个交换耦合的多层量子点。然后，我将展示如何使用硫醇化共轭分子作为电连接器来连接这些门。量子比特被编码在由Rashba相互作用自旋分裂的量子点的基态中。任意量子位旋转是通过将适当幅度和持续时间的电势脉冲施加到目标量子点而使目标量子点中的自旋分裂能量与全局ac磁场共振来实现的。2量子比特受控非操作（XOR）的受控动力学可以通过利用与最近邻点的交换耦合来实现。提出了计算机初始化和数据输入/输出操作的完整处方。
2000-11-07 quant-ph
Fundamental building block for all-optical scalable quantum networks
有效的长距离量子通信的主要障碍是传输过程中的光子损失和贝尔测量的概率性质，导致时间和资源随距离呈指数缩放。为了克服这些困难，虽然传统的量子中继器需要使用长寿命量子存储器进行基于物质的操作，但最近的提议采用了纠缠中的编码多光子，为可扩展性提供了另一种方式。在追求可扩展的量子通信时，自然会出现这样的问题：全光可扩展性是否存在任何最终限制，以及是否以及如何实现。基于这些问题，我们导出了多光子Bell测量的效率和容损性的基本限制，它不受协议的限制，而受物理定律的限制，即线性光学和不可克隆定理。然后，我们提出了一个贝尔测量计划与线性光学，这使得一个达到两个基本限制：一个由线性光学和其他的不可克隆定理。基于我们方案的量子中继器允许在任意长距离上实现快速有效的量子通信，优于以前的全光子和基于物质的协议。我们的工作为量子网络提供了一个基本的构建模块，但接近全光可扩展性的最终极限。
2019-11-04 quant-ph
Blueprint for a Scalable Photonic Fault-Tolerant Quantum Computer
光子学是构建在室温下运行的模块化、易于联网的量子计算机的首选平台。然而，到目前为止，还没有一个具体的架构能够同时利用量子比特编码成光态的优势和现代工具来生成它们。在这里，我们提出了这样一个可扩展的和容错的光子量子计算机的设计通知的理论和技术的最新发展。我们的架构的核心是生成和操纵的三维混合资源状态，包括玻色子量子比特和压缩真空状态。该提案能够利用最先进的程序，结合连续变量量子计算的优势，即使用易于生成的压缩态实现克利福德门，来非确定性地生成玻色子量子比特。此外，该架构基于二维集成光子芯片，用于在一个时间和两个空间维度上产生量子比特簇状态。与现有架构相比，通过减少实验挑战并实现室温量子计算，我们的设计为可扩展的制造和操作打开了大门，这可能使光子学在通往具有数百万量子位的量子计算机的道路上超越其他平台。
2021-02-02 quant-ph
Quantum Random Access Codes for Boolean Functions
$n\overset{p}{\mapsto}m$随机访问码（RAC）是将$n$比特编码成$m$比特，使得可以以至少$p$的概率恢复任何初始比特，而在量子RAC（QRAC）中，将$n$比特编码成$m$量子比特。自提出以来，RAC的想法以许多不同的方式推广，例如允许使用共享纠缠（称为纠缠辅助随机存取码，或简称ERAC）或恢复多个比特而不是一个比特。本文将随机存取码的思想推广到恢复给定布尔函数$f$在初始位大小固定的任意子集上的值，我们称之为$f$ -随机存取码。我们研究并给出了$f$ -随机存取码的协议，它具有经典（$f$ -RAC）和量子（$f$ -QRAC）编码，以及许多不同的资源，例如私有或共享随机性，共享纠缠（$f$ -ERAC）和Popescu-Rohrlich盒（$f$ -PRRAC）。我们的协议的成功概率的特点是由布尔函数$f$的\emph{noise stability}。此外，我们给出了一个\emph{upper bound}的成功概率的任何$f$ -QRAC共享的随机性，匹配其成功概率的乘法常数（和$f$ -RAC的扩展），这意味着量子协议只能实现有限的优势，他们的经典同行。
2021-03-04 cs.CC quant-ph
