Towards the Fundamental Quantum Limit of Linear Measurements of Classical Signals
量子克拉美-拉奥界限（QCRB）为在量子区域中操作的探测器测量经典信号设置了基本限制。利用线性响应理论和海森堡不确定关系，我们得到了一个实现这样的基本限制的一般条件。当应用于经典的位移测量与测试质量，这个条件导致QCRB和标准量子极限之间的显式连接，这是由测量不精确性和量子反作用之间的权衡产生的; QCRB可以被看作是一个结果的量子非爆破测量与反作用回避。此外，我们表明，测试质量是更多的资源，用于提高测量灵敏度比受害者的量子反作用，这表明了一种新的方法来提高灵敏度的广泛的传感器类。我们用激光干涉引力波探测器来说明这些观点。
2017-06-02 quant-ph
Fundamental Quantum Limit to Waveform Estimation
我们推导出了时变信号估计误差的量子Cramér-Rao界（QCRB）。QCRB为一般量子传感器（如引力波探测器、力传感器和原子磁力计）的性能提供了基本限制。我们应用QCRB的力估计的问题，通过连续监测的谐振子的位置，在这种情况下，QCRB采取的形式的频谱不确定原理。力估计误差的界限可以通过在实验装置中实施量子噪声消除并对观察结果进行平滑来实现。
2011-03-04 quant-ph
Lowest-order relativistic corrections to the fundamental limits of nonlinear-optical coefficients
研究了小相对论修正对非共振极化率、超极化率和二阶超极化率的影响。线性和非线性光学系数的修正证明在三个级别的ananterior，其中包括修正Kuzyk限制时，缩放到半相对论能量。结果还表明，超极化率的最大值比最大极化率或第二超极化率对最低阶相对论修正更敏感。这些修正说明了内在的非线性光学响应是如何在半相对论能量的影响。
2014-12-16 quant-ph
Fundamental Limits of Classical and Quantum Imaging
量子成像承诺比经典协议更高的成像性能。然而，量子成像的许多方面还没有得到很好的理解。特别是，迄今为止还不知道如何比较经典和量子成像过程。在这里，我们认为经典和量子成像在一个单一的理论框架，并提出一般的基本限制的分辨率和沉积速率的经典和量子成像。分辨率可以从图像本身估计。我们提出了一个实用功能，使我们能够比较成像协议在广泛的应用。
2012-08-28 quant-ph
Fundamental limits on information processing from black-hole thermodynamics
涉及热力学原理的思想实验经常被用来推导信息处理和存储的基本物理极限。类似的涉及黑洞的思想实验可以进一步揭示这种极限。
2019-09-30 gr-qc quant-ph
Fundamental Limits on the Speed of Evolution of Quantum States
本文研究了两个正交纯态之间量子演化速度的Margolus-Levitin-Mandelstam-Tamm型不等式。这个时间尺度的定性行为的明确决定因素是能谱的统计。一个经常被忽视的对应关系之间的实时行为的量子系统和统计力学的转换（时间）热力学系统似乎有希望作为一个来源的定性洞察量子动力学。
2010-01-21 quant-ph
Fundamental limit of linear bosonic sensors and the Schawlow-Townes laser linewidth limit
近年来，人们提出了许多特殊的传感器，如基于例外点的传感器、基于奇偶时间对称结构的传感器、基于非互易系统的传感器等。评估这些传感方案的基本限制并判断是否有增强的性能至关重要。已有多篇论文从不同的角度和标准对基本极限进行了研究，得出了不同的结论。在本文中，我们提出对于线性玻色子传感器，可以被建模为低于阈值的耦合振荡器，模式频率$w_0$的测量精度不能超过$\frac{\sqrt{κ_0}}{2\sqrt{nτ}}$，其中$κ_{0}$是固有损耗，$n$是该模式下的平均粒子数，$τ$是测量时间.对于单模无源传感器，已经可以实现这样的精度限制，并且我们已经证明，通过添加增益组件或将其耦合到其他模式以形成n模式线性传感器，不能超过该精度限制。此外，我们认识到，上述限制与阈值以上振荡模式（例如，阈值以上的激光腔）的频率不确定性（$\frac{\sqrt{κ_0}}{\sqrt{2 nτ}}$）相当，其与Schawlow-Townes激光器线宽限制有关。这一观察使我们猜想，我们提出的限制线性传感器可能是一个基本的一般限制，限制大多数，如果不是所有的传感器。
2022-11-30 quant-ph
Fundamental Limits on Correlated Catalytic State Transformations
确定一个给定的状态是否可以通过自由操作转化为目标状态是资源理论研究的基本问题之一。资源理论中的自由操作可以通过允许一个催化剂系统来增强，该催化剂系统有助于转换并返回不变，但可能与目标状态相关。虽然这是最近研究的一个活跃领域，但对此类催化剂的必要性质知之甚少。在这里，我们证明了适用于一个大类的相关催化转化的基本限制表明，催化剂和目标状态之间的小残留相关性意味着催化剂需要高度足智多谋。事实上，所需的资源在剩余相关消失的极限上是不同的。此外，我们建立，在不完美的催化一个小的错误通常意味着一个高度足智多谋的盗用催化剂。我们发展我们的结果在一个一般的资源理论框架，并讨论其影响的资源理论的无热性，资源理论的相干性和纠缠理论。
2022-08-22 quant-ph
Fundamental Limitation on the Detectability of Entanglement
纠缠态的探测在量子信息科学和量子多体物理中是必不可少的。研究表明，对于任意的量子态，纠缠几乎必然存在，而有效的纠缠判据的实现通常需要消耗指数级的资源，而有效的判据在没有先验知识的情况下往往性能不佳。这一事实意味着纠缠的可探测性可能存在根本性的限制。在这项工作中，我们形式化的纠缠标准的效率和有效性之间的基本权衡，通过一个系统的方法，从理论上评估纠缠标准的检测能力的限制。对于一个耦合到环境中的系统，我们证明了任何纠缠标准需要指数级的许多可观的有效检测纠缠时，限制到单拷贝操作。否则，该准则的检测能力将呈双指数衰减。此外，如果允许多拷贝联合测量，纠缠检测的有效性可以指数级地提高，这意味着在纠缠检测问题中的量子优势。
2022-12-01 quant-ph
A useful fundamental speed limit for the imaginary-time Schrodinger equation
量子速度极限（QSL），或能量-时间不确定性关系，给出了量子动力学的基本速度极限。最近，Kieu [arXiv：1702.00603]导出了一类新的QSL，它不仅形式化，而且适用于实际评估速度限制。受他的工作启发，我们得到了一个类似的速度极限的时间薛定谔方程。利用这个新的界，我们证明了在时间量子退火中Grover问题的最优计算时间是由$\log N$从下到上有界的，这与以前的研究结果是一致的.
2018-06-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Fundamental Limit on Angular Measurements and Rotations from Quantum Mechanics and General Relativity
我们表明，角度测量或旋转的精度（例如，量子位或自旋状态的取向）受到由量子力学和广义相对论（引力坍缩）产生的基本约束的限制。极限精度是普朗克单位的$r^{-1}$，其中$r$是用于操纵自旋状态的（可能是宏观的）设备的物理范围。这个基本的限制意味着，如果自旋态$S_1$和$S_2$相差足够小的旋转，它们就不能在实验上相互区分。实验不能排除量子态矢量的空间（即，希尔伯特空间）基本上是离散的，而不是连续的。我们讨论了有限论的含义：物理学需要无限还是连续？
2021-11-03 hep-th quant-ph
Limits on Fundamental Limits to Computation
作为我们生活中不可或缺的一部分，计算也已成为工业和政府必不可少的一部分。在过去的50年里，集成电路中晶体管密度的周期性加倍支持了计算机硬件的稳步改进。现在，这种摩尔缩放需要越来越多的英勇努力，刺激了替代硬件的研究，并引发了争议。为了帮助评估新兴技术并丰富我们对集成电路缩放的理解，我们回顾了计算的基本限制：制造，能源，物理空间，设计和验证工作以及算法。为了概述在原则上和实践中可以实现的目标，我们回顾了一些限制是如何被规避的，比较了宽松和严格的限制。我们还指出，新兴技术遇到的工程困难可能表明尚未未知的限制。
2015-01-08 cs.ET quant-ph
Are there fundamental limits for observing quantum phenomena from within quantum theory?
量子理论对于大质量或大尺寸的物体，或者其状态具有很大复杂性或希尔伯特空间维数的物体的适用性是否存在限制？可能的答案范围从量子理论中的退相干引起的实际限制到修改量子理论的坍缩模型引起的基本限制。在这里，我们提出这样的观点，即在不改变量子定律的情况下，也可能存在基本极限。我们首先证明，对于给定自旋长度的两个量子自旋系统，如果测量是足够粗粒度的，则可以观察到不违反局部实在论。然后，我们表明，存在一个基本的限制测量的精度，由于（i）海森堡不确定性关系，它必须适用于测量仪器，（ii）相对论因果关系，和（iii）在任何实验室，包括整个宇宙的资源有限。这表明系统的大小（希尔伯特空间的维数）可能存在一个极限，超过这个极限就不再违反局部实在论了。
2010-09-14 gr-qc quant-ph
Fundamental precision limits in finite-dimensional quantum thermal machines
本研究推导了有限维开放量子热机中相对方差和可观测量期望的动力学无关基本精度极限，通过量子电池模型揭示能量存储与充电精度的权衡，并证明量子相干性可改善该极限。
2025-10-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Projected Entangled Pair States: Fundamental analytical and numerical limitations
矩阵乘积态（MPS）和投影纠缠对态（PEPS）是分别用于评估一维和高维量子多体系统的强大分析和数值工具。虽然MPS是全面理解，在PEPS的基本问题，相关的分析以及数值，仍然开放，如如何编码对称性在充分的一般性，或如何稳定的数值方法使用规范形式。在这里，我们表明，这些关键问题，以及一些相关的问题，是算法不可判定的，也就是说，他们不能完全解决系统的方式。因此，我们的工作暴露了使用PEPS对量子多体系统进行全面和公正理解的基本限制。
2020-11-20 cond-mat.str-el quant-ph
Geometry of local quantum dissipation and fundamental limits to local cooling
我们几何特征的一个量子比特耗散的Lindblad型。一个有效的参数化的6个线性参数开辟了道路，各种优化与本地耗散。作为一个例子，我们研究了在任意局域耗散和两个量子比特哈密顿量下所能达到的最大稳态单重态分数。我们发现，这种单重态分数有一个不连续的移动从单位到非单位耗散，并证明，最大可能的单重态分数约为0.654。这意味着，对于具有充分纠缠的基态的系统，对于可达到的最低能量存在基本量子极限。在局部耗散的情况下，不能将系统冷却到某个极限非零温度以下。
2015-05-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Simple broadband signal detection at the fundamental limit
University of Waterloo（滑铁卢大学）
该研究提出了一种基于随机Su-Schrieffer-Heeger控制哈密顿量和GHZ探测器的全模拟多共振协议，实现了基础极限下的宽带信号检测。
2026-07-17 physics.atom-ph quant-ph
Fundamental limits for cooling of linear quantum refrigerators
研究了任意线性量子开放系统在周期驱动下与一般玻色子库耦合时的渐近动力学。我们得到的热量流入网络，这是有效的超越通常的弱耦合或马尔可夫近似的精确结果。我们证明了热力学动力学第三定律（能斯特不可达性原理）的有效性，表明冷却的最终极限是由一个基本的加热机制，在低温下成为主导：非共振创建的激励对诱导的驱动场的水库。这种量子效应在弱耦合近似中被忽略了，它恢复了其有效性最近受到挑战的不可达性原理。
2016-07-14 cond-mat.other quant-ph
A Fundamental Limit of Measurement Imposed by the Elementary Interactions
量子信息理论与量子测量理论密切相关，因为必须执行测量以获得关于量子系统的信息。在量子测量的许多可能的极限中，最简单的极限是直接从不确定原理导出的。然而，这些简单的限制并不是唯一的限制。我在这里提出一个新的极限，它来自于基本相互作用的形式和强度。也就是说，自然界中只有四种基本相互作用;它们的形式由规范不变性（和对称性破缺）决定，它们的耦合常数（在低能区）有确定的值。我指出，这导致了一个新的基本限制的量子测量。此外，这一基本限制也对获取、准备和控制量子系统施加了基本限制。
1999-11-24 chao-dyn cond-mat.stat-mech nlin.CD
Fundamental quantum limits of multi-carrier optomechanical sensors
涉及多个光学载体的光学机械传感器可能经历机械介导的相互作用，从而导致跨光场的多模相关性。一个实例是激光干涉引力波探测器，其引入多个载波频率用于经典感测和控制目的。一个突出的问题是，这样的多载波光机传感器是否优于其单载波对应的量子限制的灵敏度。我们表明，最好的精度是通过传感器的单载波实例实现的。对于当前的LIGO探测系统来说，这种精度已经可以达到。
2018-09-18 gr-qc quant-ph
Fundamental gravitational limitations to quantum computing
劳埃德考虑了物理学对量子计算机的最终限制。他特别得出结论，对于一台"终极笔记本电脑“（体积为1升，质量为1千克的计算机）来说，每秒的最大运算次数以$10^{51}$为界。考虑到普通的量子力学的限制。这里我们考虑由量子引力思想所施加的额外限制，即使用时间的关系概念和存在于时间测量上的基本引力限制。然后，我们详细说明的情况下，最终的笔记本电脑，并表明，操作的最大数量进一步限制到每秒$10^{47}$。
2005-07-27 gr-qc hep-th quant-ph
Fundamental Speed Limits on Quantum Coherence and Correlation Decay
量子系统相干性的研究和控制是物理学最令人兴奋的最新进展之一。量子相干性在新兴的量子技术和基础实验中起着至关重要的作用。利用量子效应的一个主要障碍是退相干，主要是以破坏量子相干性并导致有效经典行为的退相的形式。我们表明，有普遍的关系，制约的相对速率，量子相关性可以消失的退相。这些有效地导致速度限制，这在多方系统中变得特别重要。
2011-09-05 math-ph math.MP quant-ph
Fundamental Limits on QBER and Distance in Quantum Key Distribution
University of York（约克大学）
本文研究了量子密钥分发中QBER与传输距离的基本限制，通过信息论极限和物理噪声模型，确定了安全通信的理论边界。
2026-10-15 math-ph math.MP physics.app-ph
