Discrimination of Unitary Transformations and Quantum Algorithms
量子算法通常被理解为多量子比特量子系统在规定的幺正变换序列下的演化。该算法的输入规定了序列中的一些酉变换，而其他变换保持固定。对于oracle查询算法，输入确定oracle酉变换。这样的算法可以被视为区分一组酉变换的装置。问题出现了：“给定一组已知的甲骨文酉变换，在多大程度上可以区分它们？“我们调查了Deutsch-Jozsa问题。任务之间的认可甲骨文酉变换的结果，在一个详尽的收集算法，可以解决这个问题的确定性。
2008-11-09 quant-ph
Entanglement Is Not Necessary for Perfect Discrimination between Unitary Operations
我们表明，一个单一的操作（量子线路）秘密地从一个有限的一组单一的操作可以确定的顺序应用只有有限数量的运行的未知电路。在我们的方案中不需要纠缠或联合量子操作。我们进一步表明，我们的计划是最佳的，在这个意义上说，运行的数量是最小的，当歧视只有两个单一的操作。
2007-03-26 quant-ph
A balanced gated-mode photon detector for qubit discrimination in 1550 nm
结合两个雪崩光子二极管（APD）的光子探测器已被证明在1550 nm的量子比特的歧视。门控模式下的尖峰信号被两个APD的平衡输出所抵消。尖峰消除使得能够降低鉴别器中的阈值，从而降低栅极脉冲电压。在178 K时，暗计数概率和后脉冲概率分别降低到7 × 10 ^-7和10^-4，而不影响探测效率（11%）。
2002-06-21 quant-ph
Chiral Discrimination on Gate-Based Quantum Computers
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本研究提出了一种基于门的量子计算方法，用于手性鉴别，通过离散化STIRAP和STAP协议，实现了对1,2-丙二醇分子的实验验证。
2026-01-06 quant-ph
Discrimination of unitary transformations in the Deutsch-Jozsa algorithm
我们描述了一个一般框架，视甲骨文辅助量子算法为工具，用于区分酉变换。我们将其应用于Deutsch-Jozsa问题，并导出所有可能的量子算法，这些算法使用特定形式的Oracle酉单位来确定地解决问题。我们还使用这一点来表明，任何量子算法，解决Deutsch-Jozsa问题开始于一个特定类别的初始，热平衡为基础的状态，在溶液状态NMR中遇到的类型的量子系统只能成功的概率比经典算法时，问题的大小超过$n \sim 10^5.$
2010-02-23 quant-ph
Ancilla-Assisted Discrimination of Quantum Gates
超密集编码的内在思想是找到尽可能多的门，以便它们可以完全区分。本文考虑了一种新的量子门鉴别方案，称为辅助鉴别方案。在这种方案中，$r-$维辅助系统可以完全鉴别$d-$维系统上的一组量子门。本文的主要贡献有两个方面：（1）估计了该方案中可鉴别的量子门的数目。我们证明了任何$rd+1$量子门都不能在辅助的帮助下被完全区分，并且存在$rd$量子门可以在辅助的帮助下被完全区分. (2)估计了最小辅助系统的维数。我们证明了存在一个常数正$c$，使得对于任何$k\leq cr$量子门，如果它们是$d$辅助可鉴别的，那么它们也是$r$辅助可鉴别的，并且存在$c^{\prime}r\textrm{}(c^{\prime}>c)$不同的量子门，它们可以用一个$d-$维辅助系统来鉴别，但是如果辅助系统被约化为一个$r-$维系统，它们就不能被鉴别.因此，可以借助于$r-$维辅助来区分的量子门的数量的阶数$O(r)$是最优的。本文报道的结果代表了理解辅助系统在量子门的鉴别中所起的作用以及超密集编码的功率和极限的初步步骤。
2008-09-02 quant-ph
Distinguishing Unitary Gates on the IBM Quantum Processor
一个未知的酉门，它是从几个已知的酉门中秘密选择的，总是可以被完美地区分开。在本文中，我们在IBM的量子处理器上实现了这样的任务。更准确地说，我们实验证明了两个量子比特酉门，身份门和$\frac{2}{3}π$相移门的歧视，使用两种歧视方案-并行方案和顺序方案。我们在IBM云平台上的超导量子处理器\emph{ibmqx4}上，借助$QSI$模块，实现了这两种方案的编程[S. Liu等人，~ arXiv：1710.09500，2017]。我们报告说，这两个歧视计划实现成功概率至少85%。
2018-07-02 quant-ph
Query complexity of unitary operation discrimination
幺正运算的判别是量子计算和信息学的基础。许多量子算法，包括著名的Deutsch-Jozsa算法，Simon算法和Grover算法，本质上可以被认为是区分个体或酉运算（oracle运算符）的集合。区分两个酉运算$U$和$V$的问题可以描述为：给定$X\in\{U, V\}$，确定哪一个是$X$。如果$X$具有多个副本，则可以设计一个自适应过程，该过程对$X$进行多个查询以输出$X$的识别结果。在本文中，我们考虑的问题：需要多少查询，以实现所需的故障概率$ε$之间的歧视$U$和$V$。我们在一个统一的框架中证明：（i）如果$U$和$V$用边界误差$ε$区分，则查询的数目$T$必须满足$T\geq \left\lceil\frac{2\sqrt{1-4ε(1-ε)}}{Θ(U^\dagger V)}\right\rceil$，以及（ii）如果它们用单侧误差$ε$区分，则存在$T\geq \left\lceil\frac{2\sqrt{1-ε^2}}{Θ(U^\dagger V)}\right\rceil$，其中，$\lceil k\rceil$表示不小于$k$的最小整数，并且$Θ(W)$表示包含以下所有特征值的最小弧的长度：单位圆上的$W$。
2022-11-22 quant-ph
Experimental Quantum Process Discrimination
从一个有限的集合中选择未知的过程之间的歧视实验表明，即使在非正交过程的情况下是可能的。我们证明了明确的确定性量子过程歧视（QPD）的非正交过程使用纠缠，额外的已知幺正，或高维系统的属性。在所有情况下，以$\geq97%$的置信度区分作用于光子的单量子比特测量和幺正过程以及多体幺正（其中幺正不可分离地作用于两个远距离位置）。
2008-07-01 quant-ph
Detecting Noisy Channels by Channel Discrimination : Local versus Entangled Resources
多量子比特系统的动力学，可以对应于量子系统的计算处理，可以有效地和一般地近似由一系列的两个和单量子比特门。然而，在实际应用中，作为幺正变换准备的量子门可能表现为噪声信道，因此可能抑制量子优势。在这项工作中，我们应用的方案的通道歧视，以检测如果一个量子门，实际实现是酉或噪声。我们证明了两个量子比特的幺正变换和它的噪声对应物可以通过本地资源进行最佳区分，而不需要重复地产生纠缠。该方案还可用于估计量子门中的噪声分量。
2018-12-05 quant-ph
Exact Quantum Search by Parallel Unitary Discrimination Schemes
从酉判别的观点研究了项目为$N$的未排序数据库搜索问题。我们不考虑著名的$O(\sqrt{N})$ Grover的原问题的有界误差算法，而是寻求关于精确算法的结果，即确定成功的算法。在标准的预言机模型$\sum_j (-1)^{δ_{τj}}|j>< j|$下，我们证明了一个紧的下限${2/3}N+o(N)$的查询的数量与非纠缠的输入状态的任何并行计划。在纠缠的辅助下，我们得到了一个一般的下界${1/2}(N-\sqrt{N})$。我们提供了具体的例子来说明我们的结果。特别是，我们表明，N=6的情况下，可以完全解决只有两个查询，通过使用二分纠缠输入状态。我们的结果表明，在标准预言模型中，具有唯一解的精确量子搜索的复杂性可以严格小于OR函数的计算复杂性。
2008-06-09 quant-ph
Unambiguous discrimination among oracle operators
我们解决的问题，明确的歧视之间的甲骨文运营商。酉算子之间的明确歧视的一般理论扩展与此应用铭记。我们证明了与一个附属纠缠不能帮助任何歧视战略的交换酉运营商。我们还得到了一个简单的，实用的测试，一个给定的系统上的任意一组酉算子的明确的可扩展性。利用这一结果，我们证明了标准和最小预言算子的无歧义可判定性准则是相同的。然后，我们表明，除了在某些平凡的情况下，明确的歧视之间的所有标准的甲骨文运营商对应的整数函数与固定的域和范围是不可能的。然而，我们发现，它是可以明确区分对应于一个任意大的未排序的数据库的Grover甲骨文运营商。分析了完全不可区分函数对应的标准预言算子的无歧义可区分性，这些算子具有强形式的经典不可区分性。我们证明了这些算子对于布尔域上任意固定值域的完全不可区分函数的有限集都不是明确可区分的。在一个较大的域上的这样的函数集可以有明确区分的标准Oracle运算符，我们提供了一个完整的分析最简单的情况下，四个功能。我们还研究了明确的预言算子歧视与多个并行调用的可能性，并研究了标准和纠缠辅助最小预言算子之间的一个有趣的酉超算子变换。
2007-07-08 quant-ph
Robust multi-hypothesis quantum-state discrimination under unknown common unitary perturbations via least favorable priors
Graduate School of Engineering Science, The University of Osaka（大阪大学工程科学研究科）；Center for Education in Liberal Arts and Sciences, The University of Osaka（大阪大学通识教育中心）；Center for Quantum Information and Quantum Biology, The University of Osaka（大阪大学量子信息与量子生物学中心）
该研究针对受未知通用幺正扰动的多假设量子态鉴别问题，提出基于最不利先验的方法，可提升最坏情况成功概率并给出干扰参数区域的诊断描述。
2026-09-04 quant-ph
Classification of Schmidt-rank-two multipartite unitary gates by singular number
该研究针对施密特秩为2的真多体幺正门，利用其施密特分解的唯一性提出奇异数概念完成分类，并拓展研究了三量子比特对角幺正门的施密特秩性质，给出了秩为3的充要条件。
2022-08-20 quant-ph
Unambiguous discrimination of general quantum operations
本文首次实验演示了多达6个位移算子的最优明确区分及非酉量子操作的明确区分，为量子信息处理和量子传感提供了强大工具。
2024-04-20 quant-ph
Designing Robust Unitary Gates: Application to Concatenated Composite Pulse
我们提出了一个简单的形式化设计酉门对给定的系统误差鲁棒。这种形式主义概括了我们以前的观察[Y。Kondo和M. Bando，J. Phys. Soc. Jpn. 80，054002（2011）]，在一些复合门中消失动态相位对于抑制幅度误差是必要的。通过采用我们的形式主义，我们自然地得到一个新的复合酉门，它可以被看作是两个已知的复合酉操作的级联。与现有的复合门相比，所得到的酉门在更宽的误差强度范围内具有高保真度。
2011-11-23 quant-ph
Constructing three-qubit unitary gates in terms of Schmidt rank and CNOT gates
本文构造了Schmidt秩从一到七的三量子比特酉门，发现Toffoli和Fredkin门秩分别为二和四，并利用CNOT及局域门实现，揭示了CNOT门数量与Schmidt秩的联系。
2020-07-06 quant-ph
Decomposition of unitary matrix into quantum gates
本研究提出一种将任意酉矩阵分解为X门及全受控Ry、Rz、R1门序列的算法，可生成对应Q#实现，还探讨了优化并分析了复杂度。
2025-01-14 quant-ph
Decomposition of bipartite and multipartite unitary gates into the product of controlled unitary gates
证明了$d_A\times d_B$系统（$d_A\ge 2$）上的任何酉算子都可以分解为至多$4d_A-5$控制的酉算子的乘积.当$d_A$是2的幂时，该数目可以减少到$2d_A-1$。我们还证明了三个控制幺正可以实现一个二分复置换算子，并讨论了连接到一个类似的结果在经典可逆电路。进一步证明了空间$\mathbb{C}^{d_1}\otimes...\otimes\mathbb{C}^{d_n}$上的任何$n$ -partite酉门都是至多由$[2\prod^{n-1}_{j=1}(2d_j-2)-1]$控制的酉门的乘积，其中每个酉门都是由$n-1$系统控制的.对于$n=4$，该数量可以进一步减少。我们还将任何二分酉分解为一个简单类型的二分门和一些局部酉的乘积。我们推导出独立于维度的上界的hocT门成本或纠缠成本的二分置换酉（与帮助的辅助固定大小）作为施密特秩酉的函数。结果表明，在一个简单的协议，这样的成本有关的对数秩猜想在通信复杂性理论通过非负秩的链接。
2015-03-18 quant-ph
Resources needed for non-unitary quantum operations
由有效的非厄米哈密顿量产生的非幺正操作可以用来产生在厄米量子力学中不可能的量子态操纵。这些操作包括状态准备（或冷却）和非正交状态鉴别。在这项工作中，我们提出了一个下界的资源所需的建设一些给定的非酉进化。无源系统进行了详细研究，并得出了这样一个系统的一般特征。在解释我们的结果使用奇异值分解，几个例子进行了研究分析。特别是，我们提出了一个下界的非厄米态制备和非正交态歧视所需的资源。
2012-12-19 quant-ph
Universal super-replication of unitary gates
量子态服从渐近无克隆定理，即没有确定性机器可以可靠地复制相同准备的纯态的通用序列。与此形成鲜明对比的是，我们表明，通用序列的酉门可以确定性地复制在近二次率，除了一个指数小部分的错误消失在大多数输入。这个结果与不可克隆定理并不矛盾，因为不可能确定性地将纯态转化为幺正门，从而阻止了门复制协议在态上的应用。除了门复制，我们表明，$N$并行使用一个完全未知的幺正门可以压缩成一个单一的门作用于$O(\log N)$量子位，导致量子通信量的指数减少需要远程实现门。
2015-02-20 quant-ph
Identification of a reversible quantum gate: assessing the resources
我们评估了在有限的一组替代方案中识别可逆量子门所需的资源，在我们的分析中包括确定性策略和概率策略。在概率策略中，我们考虑明确的门歧视，错误是不能容忍的，但不确定的结果是允许的，我们证明了并行策略是足够的，以明确地确定未知的门与最小数量的查询。该结果用于提供查询复杂度和最小辅助维度的上界和下界。此外，我们引入了广义t-设计的概念，它包括酉t-设计和群表示作为特殊情况。对于门形成一个广义的t-设计，我们给出了一个明确的表达正确的门识别的最大概率，我们证明了确定性策略的概率策略的性能之间没有差距。因此，评估的查询复杂性的完美的确定性歧视减少到更容易的问题，评估的查询复杂性的明确的歧视。最后，我们考虑歧视的策略，使用的辅助枝是禁止的，提供上限的额外查询的数量需要弥补缺乏纠缠的辅助枝。
2014-09-12 quant-ph
Probabilistic implementation of universal Hadamard and Unitary gates
我们表明，Hadamard和酉门可以实现由一个单一的进化与测量从一组$A = {{| {Ψ_i} > ,| {\bar Ψ_i} >}}({i = 1,2})$选择的任何未知状态，当且仅当$| {Ψ_1} > ,| {Ψ_2} > ,| {\bar Ψ_1} > ,| {\bar Ψ_2} >$是线性独立的。我们还可以获得最佳的转换效率。
2004-09-02 quant-ph
Memory effects in quantum channel discrimination
我们考虑量子记忆辅助协议的歧视量子信道。我们表明，最佳的歧视的内存通道，内存辅助协议是必要的。这导致了一个新的概念的距离通道与记忆。对于酉信道的集合的最佳鉴别和估计，不需要存储器辅助协议。
2008-04-02 quant-ph
Entangling power of multipartite unitary gates
我们研究了多体幺正门在单纠缠度量下的纠缠特性。特别强调三方的情况下，我们推导出一个$n$ -partite门的纠缠功率作为门的显式函数的解析表达式，链接门的纠缠功率作用于$n$ -partite希尔伯特空间的尺寸$d_1 \ldots d_n$到纯态的纠缠尺寸$(d_1 \ldots d_n)^2$希尔伯特空间。此外，我们估计其平均值的酉和正交群，分析的最大纠缠功率，并将其与$2n$缔约方的系统的绝对最大纠缠（AME）状态。最后，我们提供了一个详细的分析三量子比特酉门和正交门的纠缠特性。
2020-01-18 quant-ph
Parallelizable adiabatic gate teleportation
我们引入了一个扭曲的海森堡型相互作用哈密顿量，一个海森堡型自旋相互作用，其中第二个量子比特的坐标根据幺正门扭曲。我们发展了可并行绝热门隐形传态（PAGT），其中一个酉门序列在绝热过程的单个步骤中执行。在PAGT中，数值计算表明实现$L$幺正门序列的绝热演化所需的时间最多随$O(L^5)$而增加。然而，我们表明，它有一个有趣的属性，它可以映射的时间顺序的门的空间顺序的相互作用指定的最终哈密顿。利用这一特性，我们提出了一种控制PAGT方案，通过控制量子比特来控制门的顺序。在受控PAGT方案中，通过同时应用实现酉门$F$和$G$的扭曲海森堡型相互作用哈密顿量，根据控制量子比特的状态相干地执行两个不同排序的顺序酉门$FG$和$GF$。我们调查为什么扭曲海森堡型相互作用哈密顿允许PAGT。我们表明，扭曲海森堡型相互作用哈密顿量有能力执行一个转置酉门，只需修改的空间排序的最终哈密顿实现一个酉门绝热门隐形传态。由转置酉门所表示的时间反演哈密顿量所产生的动力学使得能够在绝热实现中确定性地模拟并行门隐形传态的后选择事件。
2015-09-04 quant-ph
On the generation of sequential unitary gates from continuous time Schrodinger equations driven by external fields
在所有关于量子计算机的各种提议中，一个共同的特征是量子线路被期望由作用于量子态的幺正变换的级联组成。提出了一个框架，直接表示这些基本量子门的控制输入进入连续时间强迫薛定谔方程。
2002-03-02 quant-ph
Experimental Demonstration of Non-local Controlled-Unitary Quantum Gates Using a Five-qubit Quantum Computer
在分布式量子计算机中，非局域量子门的局域实现是必不可少的。在这里，我们展示了非本地实现的控制酉量子门提出的Escherert等人。（Phys Rev A 62：052317，2000）使用五量子比特IBM量子计算机。我们通过量子态和工艺层析技术验证了实现的保真度和准确性。
2019-05-15 quant-ph
Optimal Realizations of Controlled Unitary Gates
受控非门和单量子比特门被认为是量子计算中的基本门。人们自然会问，要实现更复杂的门或电路，需要多少这样的基本门。回想一下，受控U门可以用两个受控非门和四个单量子位门来实现。我们证明了这种实现是最优的，当且仅当矩阵U满足条件tr U！= 0，tr UX！= 0，det U！= 1.我们还得到了最佳的实现在非通用的情况下。
2002-07-27 quant-ph
Experimental implementation of optimal linear-optical controlled-unitary gates
我们表明，这是可能的，以减少两个量子比特门的数量所需的任意控制酉变换的建设高达两倍，使用可调控制相位门。在线性光学平台上，两个量子比特门只能概率地实现，我们的方法显着减少了组件的数量，并增加了两个量子比特门的成功概率。本文提出的控制单量子比特幺正门技术的实验实现表明，只需要一个可调控制相位门，而不是两个标准的控制非门。因此，我们不仅将成功概率提高了大约一个数量级（使用相同的资源），而且还避免了进行量子非破坏测量的需要，否则需要连接两个概率门。随后，我们将我们的方法推广到更高的顺序，表明可以通过用可调控制相位门替换控制非门块来优化n次控制门。
2014-10-16 quant-ph
Bipartite unitary gates and billiard dynamics in the Weyl chamber
研究了一个幺正量子门$U$的长时间行为，该量子门依次作用于两个$N$维的子系统.我们推导出一个表达式，描述一个任意迭代的两个量子比特门利用链接到一个自由粒子的动力学在$3D$台球。由于这种动力学的遍历性，沿着源自规范形式中的通用双量子位门$V$的轨迹$V^t$的平均值对于大$t$趋向于根据外尔腔中的平坦测度分布的随机酉门的系综上的平均值-最小$3D$集合包含来自局部等效门的所有轨道的点。此外，我们表明，对于一个大尺寸的$N$的平均纠缠熵沿着一个通用的轨迹平均符合平均的随机酉矩阵分布在$U(N^2)$根据Haar措施的合奏。
2018-07-19 quant-ph
Arbitrary state controlled-unitary gate by adiabatic passage
我们提出了一个鲁棒的方案，涉及原子固定在一个光学腔中，直接实现通用的控制酉门。本技术的基础上绝热通过使用新的暗态非常适合于受控旋转操作。我们表明，这些黑暗的状态允许一个门，这是一个广义的控制酉门的情况下，控制量子位可以被选择为一个任意的状态的强大的实现。这种门具有潜在的应用，以快速实现量子算法，如投影测量算法。这个过程是消相干自由的，因为激发原子态和腔模在动力学过程中没有被填充。
2006-01-27 quant-ph
Quantum state discrimination: a geometric approach
我们分析的问题，发现集的量子态，可以确定性歧视。从几何的角度来看，这个问题相当于嵌入一个单形的点，其距离是最大的关于布勒斯距离（或跟踪距离）。我们推导了两个量子态之间的迹距和保真度的上、下界，这意味着两个量子态的么正轨道之间的Bures距离的上、下界。因此，我们表明，当分析固定光谱的状态之间的最小和最大距离时，只考虑对角状态就足够了。因此，考虑到最佳的歧视，给予自由到酉轨道，它是足够的考虑对角状态。这是用外尔腔的几何形式来说明的。
2007-11-27 quant-ph
The Controlled-U and Unitary Transformation in Two-Qudit
我们具体地从一些基本门构造了qudit中受控U门的一个推广。我们还利用扩展的受控U门构造了二量子中的幺正变换，并证明了它的普适性。
2003-04-11 quant-ph
Quantifying Entangling Power of Controlled Unitary Gates
Center for Quantum Engineering, Research, and Education, TCG CREST（TCG CREST 量子工程、研究与教育中心）
本文提出可计算量ζ量化受控幺正门的纠缠能力，推导其通用上界并关联其他量子熵量，经对比验证该量可达到对应维度下纠缠能力的已知最优值。
2026-08-24 quant-ph
An algorithm to perform POVMs through Neumark theorem: application to the discrimination of non-orthogonal pure quantum states
我们考虑了一种对$N$线性无关非正交纯量子态进行最优量子态鉴别的方案，并给出了计算程序。通过原始希尔伯特空间的扩展，可以执行酉运算，产生最终配置，这通过冯·诺依曼测量给出了没有模糊性的最佳区分。我们的目标是介绍一个详细的一般数学过程来实现这一任务的半定规划和范数最小化。前者用于确定对于系综的每个状态哪个是最佳检测概率幅度。后者决定了将状态引导到最终构型的矩阵。在最后一步中，我们将酉变换分解为一系列两级旋转矩阵。
2005-09-27 quant-ph
All maximally entangling unitary gates
我们的特点是所有最大纠缠的二分酉算子，作用于系统$A,B$的任意有限尺寸$d_A\le d_B$，当使用辅助系统由双方是允许的。几个有用的和有趣的后果，这种特性进行了讨论，包括理解为什么纠缠和解纠缠能力的一个给定的（最大纠缠）酉可以不同，并证明这些能力必须是相等的，当$d_A=d_B$。
2011-08-19 quant-ph
Requirement of Dissonance in Assisted Optimal State Discrimination
量子信息中的一个基本问题是探索什么样的量子关联负责成功完成量子信息过程。在这里，我们研究的角色，纠缠，不和谐，不和谐的最佳量子态歧视时，后者是辅助系统的帮助下所需的。在这个过程中，我们给出了一个比现有结果更一般的联合酉变换。发现主量子比特和辅助量子比特之间的量子纠缠是完全不必要的，因为在任意情况下，通过调整一般么正中的参数，它可以被设置为零，而不影响成功概率。这一结果也表明，在辅助最优态鉴别中起关键作用的是量子失谐，而不是量子纠缠。基于线性熵，给出了量子不协调的一个必要判据。
2013-06-14 quant-ph
Measurement based 2-qubit unitary gates for pairs of Nitrogen-Vacancy centers in diamond
高保真双量子位量子逻辑门的实现对于诸如金刚石中的氮空位（NV）中心的隔离固态量子位仍然是一个突出的挑战。在这项工作中，我们表明，通过驱动NV中心对进行光子散射过程，同时翻转它们的量子比特状态，我们可以实现一个单一的双量子比特门条件下的单光子检测事件。此外，通过利用NV中心电子状态的光学跃迁之间的量子干涉，我们实现了两个特殊的驱动频率的存在：一个“魔术”点的自旋保持弹性散射率被抑制，和一个“平衡”点的状态翻转散射率是相等的。我们分析了四种不同的门操作方案，利用这两个特殊的驱动频率，以及在驱动和收集路径的偏振的各种组合。我们的理论和数值计算表明，门保真度可以高达97%。所提出的幺正门与现有的单量子比特幺正操作相结合，形成了一个用于量子计算的通用门集。
2018-08-29 quant-ph
Time reversal and exchange symmetries of unitary gate capacities
酉门是量子通信的有趣资源，部分原因是它们总是可逆的，本质上是双向的。本文探讨这两个对称性：时间反演和交换的爱丽丝和鲍勃。我们将介绍一些酉门的例子，这些酉门在前向和后向能力之间（即使在反向通信由自由纠缠辅助时）以及在纠缠辅助和无辅助能力之间表现出巨大的分离。在此过程中，我们将给出一个一般的时间反演规则，用于关联酉门及其逆门的容量，这将解释为什么以前寻找非对称容量的尝试失败了。最后，我们将看到擦除量子信息和破坏纠缠的能力如何成为量子通信的宝贵资源。
2009-07-28 quant-ph
Entangling characterization of (SWAP)1/m and Controlled unitary gates
我们研究了（SWAP）1/m（m>=1）和受控酉门的纠缠功率和完美纠缠性质。结果表明，（SWAP）1/2是该族中唯一的完美纠缠子。另一方面，确定局部等价于CNOT的CU的子集。结果表明，该子集是一个完美的纠缠，必须具有最大的纠缠功率。
2009-01-05 quant-ph
Universal and deterministic manipulation of the quantum state of harmonic oscillators: a route to unitary gates for Fock State qubits
我们提出了一个简单的量子线路，它允许对受限谐振子的量子态进行普适的和确定性的操纵。该方案是基于与辅助三能级系统和一个经典的外部驱动源的参考振荡器的选择性相互作用，并使任何Fock态的幺正操作，二乘二。一个电路等效于Fock态量子位上的单个量子位酉逻辑门。类似协议的序列允许对谐振子量子态进行完全的、确定性的和与状态无关的操纵。
2004-11-10 quant-ph
Decomposition of unitary matrices and quantum gates
给出了一种将$d$ × $d$酉矩阵分解为具有附加结构的两层酉矩阵与给定行列式的乘积的一般方案。特别地，分解可以通过使用$d-1$类中的两级矩阵来完成，其中每个类同构于$2\times 2$酉矩阵的群。该方法简单易行，适用于处理带有附加结构约束的问题。用Matlab程序实现了该方案，并利用结果推导出作用于$n$ -qubit寄存器的每个量子门都可以表示为不超过$2^{n-1}(2^n-1)$完全控制的单量子位门，其中每个$2^n-1$类中的量子门共享相同的$n-1$控制量子位.此外，研究表明，可以很容易地调整所提出的分解方案，以利用过程中演变的附加结构。
2013-03-08 quant-ph
Diagonal-unitary 2-designs and their implementations by quantum circuits
我们研究了随机对角酉矩阵的有效生成，酉矩阵对角在一个给定的基础上，其特征值随机分布的相位的合奏。尽管它们的代数结构很简单，但它们不能通过由几个量子比特对角门组成的量子线路来实现。介绍了对角酉$t$ -设计，并给出了两个在$N$ -量子比特系统中实现对角酉$2$ -设计的量子线路.一种是由单量子比特对角门和相位随机化的相位控制门组成，在所有量子比特对上应用这些门后，实现了精确的对角酉$2$设计。所需的门数为$N(N-1)/2$。如果使用受控Z门而不是受控相位门，则电路不能实现精确的$2$设计，而是通过在随机选择的量子位对上应用门来实现$ε$近似$2$设计。由于对的随机选择，电路获得额外的随机性，并且所需的门的数量至多为$O(N^2(N+\log1/ε))$。我们还提供了一个应用程序的电路，一个协议的产生一个确切的$2$ -设计的随机状态相结合的电路与一个简单的经典程序，需要$O(N)$随机经典位。
2014-01-30 quant-ph
Characterizing errors on qubit operations via iterative randomized benchmarking
通过改进的门校准减少幺正误差，我们在电路量子电动力学系统中使用超导量子比特实现了99.95%的基准单量子比特门保真度。我们提出了一种方法来区分酉和非酉错误的量子门的目标门内的随机基准序列交错重复。基准保真度衰减二次方与单位误差的交错门的数量，但线性的非单位，使我们能够分离系统相干误差的消相干效应。有了这个协议，我们表明，门的保真度是不受单一的错误，但由另一个驱动激活源的退相干，如幅度波动。
2015-04-24 quant-ph
Unitary Gate Synthesis for Continuous Variable Systems
本文研究了连续变量双模幺正门的综合问题，其中两个模A和B由一个固定的二次哈密顿量H耦合。门综合由一系列的演变支配的哈密顿H间隔的局部相移应用到A和B。我们专注于协议，需要最少的必要步骤，我们展示了如何实现分束器和双模挤压器在短短的三个步骤。特别注意的哈密顿量x_AP_B，描述了有效的非共振相互作用的光与集体原子自旋。
2003-03-13 quant-ph
Characterization of three-qubit controlled unitary gates of Schmidt rank three
RPTU University Kaiserslautern-Landau（凯泽斯劳滕-兰道技术大学）
本文刻画了Schmidt秩为三的三量子比特受控酉门，给出了充要条件，并构造了显式例子，分析其纠缠能力，展示了从完全可分到最大GHZ类态的纠缠生成，并提供了达到最小CNOT门数的分解。
2026-06-18 quant-ph
SU(4) gate design via unitary process tomography: its application to cross-resonance based superconducting quantum devices
本文提出利用CR哈密顿量传播子与Weyl腔几何结构，在超导量子器件上实现无回波的连续R_{ZZ}(θ)门，并验证了其在SU(4)门设计中的保真度与时间优势。
2025-03-12 quant-ph
Operator Spreading in Random Unitary Circuits with Unitary-invariant Gate Distributions
研究酉不变系综门分布下随机酉电路的算子扩散，发现其长期行为由蝴蝶速度和扩散常数控制，但需有限时间达到二元权重形式且具有限畴壁宽度，并以Poisson核分布电路验证。
2025-05-02 quant-ph
Fidelity Between Unitary Operators and the Generation of Gates Robust Against Off-Resonance Perturbations
我们执行两个酉矩阵之间的保真度的函数扩展，以找到目标门的鲁棒实现的必要条件。将这些条件与由Magnus展开和Dyson级数得到的条件进行比较，表明它们在一阶上是等价的。通过利用稳健设计优化的技术，我们通过引入一个额外的标准来搜索控制脉冲来解释实验可行性的问题。通过进化多目标优化的方法，探索非门实现过程中多个目标之间的竞争，实现了这种搜索。
2011-01-20 quant-ph
Synthesis and upper bound of Schmidt rank of the bipartite controlled-unitary gates
量子电路模型是实现复杂量子计算最常用的范例。基于Cartan分解，我们证明了本文定义的$2(N-1)$广义受控$X$（GCX）门、$6$单量子比特绕$y$ -和$z$ -轴的旋转以及$N+5$单粒子$y$ -和$z$ -旋转类型足以模拟$A$控制$\mathbb{C}^2\otimes \mathbb{C}^N$的受控幺正门$\mathcal{U}_{cu(2\otimes N)}$.在具有$M\geq3$的幺正门$\mathcal{U}_{cd(M\otimes N)}$局部等价于$\mathbb{C}^M\otimes \mathbb{C}^N$上的对角幺正的情况下，需要用$2M(N-1)$ GCX门和$2M(N-1)+10$单部$y$ -和$z$ -旋转型来模拟它，给出了实现$\mathcal{U}_{cu(2\otimes N)}$和$\mathcal{U}_{cd(M\otimes N)}$的量子电路.此外，我们发现在$A$控制下的$\mathcal{U}_{cu(2\otimes2)}$具有Schmidt秩2，并且在其他情况下，目标酉的对角化形式可以根据特定的简单类型的乘积酉算子展开。
2022-09-11 quant-ph
Unitary Synthesis with AlphaZero via Dynamic Circuits
本文提出受 AlphaZero 启发的强化学习智能体，利用离散逻辑门精确编译酉变换，并扩展到含测量与条件门的动态电路，以低推理时间高效综合可复用量子子程序。
2025-08-28 quant-ph
Universal unitary gate for single-photon spinorbit four-dimensional states
最近证明的可能性纠缠相反的值的轨道角动量（OAM）的光子与它的自旋，使实现非平凡的单光子自旋轨道四维态的量子信息的目的。然而，迄今为止，还没有提出能够对这样的自旋轨道光子态执行任意么正变换的光学器件。在这项工作中，我们将展示如何实现这样一个“通用单一门”的设备，仅基于现有的光学技术，并描述其操作。除了量子信息领域之外，所提出的器件可以在需要有效和方便地操纵组合的OAM和光的自旋的任何地方找到应用。
2009-08-22 quant-ph
Optimal universal programming of unitary gates
通用量子处理器（英语：Universal quantum processor）是一种将（量子）程序作为输入的设备，该程序包含任意幺正门的编码和（量子）数据寄存器，编码门应用于该寄存器。虽然不存在完美的通用量子处理器，但在过去的二十年里，近似处理器已经被提出。一个基本的开放问题是最小量子程序的大小如何与近似误差成比例。在这里，我们回答这个问题，通过证明一个边界的大小的程序和设计一个具体的协议，达到了在渐近极限的约束。我们的结果是基于最佳规划和海森堡极限之间的连接量子精密测量，并建立了一个渐近等价的编程，学习和估计酉门的任务。
2021-02-04 quant-ph
