Improved bounds on stabilizer extent and Clifford rank
David R. Cheriton School of Computer Science, University of Waterloo(滑铁卢大学大卫·R·切里顿计算机科学学院);Institute for Quantum Computing, University of Waterloo(滑铁卢大学量子计算研究所);Concordia University(康考迪亚大学)
本文证明稳定子秩至多$k$的纯态其稳定子程度至多$2^{O(\sqrt{k\log(k+1)})}$,解决定量猜想,并给出张量幂近似稳定子秩的$\Omega(n^2/\log n)$下界及改进的层析算法。
2026-10-06 quant-ph
A three-eighths upper bound on the stabilizer-rank exponent of face-center magic states
The College of William & Mary(威廉玛丽学院)
该研究给出m个量子比特面心魔法态副本精确稳定子秩的显式构造,证明其为O(2^{3m/8}),所得稳定子秩指数上界γ_T ≤ 3/8,优于此前的log₂(3)/4。
2026-10-14 quant-ph
A note on tomography of states with low stabilizer rank
IBM Research, Cambridge(IBM 剑桥研究院)
本文提出针对低稳定子秩量子态的层析成像协议,运行时间为多项式级别,并改进稳定子扩展度的上界至指数级,可高效处理 $k=O(\log n)$ 的情形。
2026-10-05 quant-ph
Improved upper bounds on the stabilizer rank of magic states
在这项工作中,我们提高了最近的经典算法的运行时间强模拟量子电路组成的Clifford和T门。通过在大$m$的极限下建立幻态$|T\rangle=\sqrt{2}^{-1}(|0\rangle+e^{iπ/4}|1\rangle)$的$m$副本的稳定秩的新上界来获得改进。特别是,我们表明,$|T\rangle^{\otimes m}$可以准确地表示为叠加的最多$O(2^{αm})$稳定剂状态,其中$α\leq 0.3963$,提高了以前最好的已知绑定$α\leq 0.463$。这经由已知技术将经典算法简化为使用运行时间$\mathrm{poly}(n,m)2^{αm}$在给定的逆多项式相对误差内近似具有T门的$m$使用的$n$-量子位Clifford + T电路$U$的输出概率。我们还提供了改进的上界的对称产品状态$|ψ\rangle^{\otimes m}$更一般的稳定器秩;因此,我们得到了一个强大的模拟算法的电路组成的克利福德门和$m$实例的任何(固定)单量子位$Z$旋转门运行时$\text{poly}(n,m) 2^{m/2}$。我们提出了一种方法,通过构造具有某些性质的线性码来进一步提高上界。
2021-12-15 quant-ph
Lower bound for the T count via unitary stabilizer nullity
我们引入魔法措施来量化多量子比特量子门的非稳定性,并建立容错量子计算的$T$计数的下界。首先,我们引入了多量子比特么正的稳定零性,它是基于与么正相关联的商泡利群的子群。这种幺正稳定器零性将Beverland等人的状态稳定器零性扩展到动态版本。特别地,我们证明了这种非稳定化测度具有理想的性质,如在合成下的次可加性和在张量积下的可加性。其次,我们证明了一个给定的酉的稳定零值是一个下界的$T$计数,利用上述性质在门综合。第三,我们比较了状态和幺正稳定零,证明了由幺正稳定零得到的$T$计数的下界永远不会小于状态稳定零。此外,我们显示了一个明确的$n$ -量子比特酉家庭的幺正稳定零$2n$,这意味着它的$T$计数至少是$2n$。这给出了一个例子,其中由幺正稳定器零点导出的边界严格优于状态稳定器零点,其系数为$2$。最后,我们展示的优势,酉稳定零估计的$T$计数的量子门的利益。
2023-03-07 cs.CC cs.IT hep-th
Stabilizer rank bounds for magic-state orbits
Unitary Foundation
本文研究了qutrit系统中不同Clifford轨道魔法态的稳定子秩,给出了Strange态、Hadamard本征态和Norrell轨道的渐近指数上界和下界,并提供了显式稳定子分解和两qutrit Clifford电路。
2026-05-27 quant-ph
Restricted Boltzmann Machines and Matrix Product States of 1D Translational Invariant Stabilizer Codes
讨论了一维平移不变稳定子码基态的限制玻尔兹曼机(RBM)态与矩阵积态(MPS)之间的关系。一个通用的平移不变和非连通RBM状态可以表示为MPS,并且所得MPS的矩阵是秩1的。我们把这种MPS称为RBM-MPS。如果量子态可以被写为MPS,则这提供了将量子态精确地实现为RBM态的必要条件。对于具有非退化基态和周期边界条件的一般一维稳定子码,我们得到了其MPS键维数的下界和MPS矩阵秩的上界.对于MPS矩阵秩为1的上圈Hamilton算子,我们给出了RBM的一个算法。此外,我们的算法产生的RBM-MPS具有最小的键维数。一个家庭的例子来解释该算法。最后,我们推测,这些功能适用于所有的一维稳定码具有非退化的基态与周期性的边界条件,只要他们的MPS矩阵的秩为1。
2019-04-30 cond-mat.str-el quant-ph
Fidelity Lower Bounds for Stabilizer and CSS Quantum Codes
在本文中,我们估计的稳定器和CSS码的保真度。首先,我们推导出一个下界的保真度稳定码通过其量子枚举。接下来,我们找到了有限长度稳定子和CSS码的总体的平均量子计数器。我们使用的平均量子枚举获得这些合奏的平均保真度的下限。我们进一步提高保真度的界限,估计的量子计数器的删减合奏的稳定剂和CSS代码。最后,我们推导出保真度界限时,代码长度趋于无穷大的渐近制度。这些结果告诉我们,对于给定长度的代码,我们可以负担哪种码率来实现目标保真度。结果还表明,在对称去极化信道中,典型稳定码在保真度和码率方面都优于典型CSS码,而平衡CSS码的性能明显优于其他CSS码。渐近结果表明,CSS码有一个基本的性能损失相比,稳定器码。
2017-02-08 cs.IT math.IT quant-ph
Improved bounds for testing low stabilizer complexity states
本文改进了稳定子态容忍测试的参数,并证明低稳定子秩态具有绝对常数保真度下界,从而不是伪随机的。
2024-11-04 quant-ph
Asymptotic entanglement in circle stabilizer states and states forbidding arbitrary vertex-minors
Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät, Universität Siegen(锡根大学自然科学技术学院);Department of Mathematics, California Institute of Technology(加州理工学院数学系)
本文基于Geelen的顶点子式弱结构猜想,建立稳定子态渐近纠缠与禁止顶点子式的关联,证明不包含固定稳定子态为顶点子式的稳定子态的纠缠受渐近约束,为量子器件纠缠研究提供支撑。
2026-08-25 math.CO quant-ph
Improved Strong Simulation of Universal Quantum Circuits
我们发现在十二量子位张量$T$门魔态的稳定秩的缩放减少。这降低了它的渐近约束到$2^{\sim 0.463 t}$的多泡利测量$t$幻态,改善了以前发现的最佳界的$2^{\sim 0.468 t}$。我们用数字证明了这种减少。这建设性地产生了Clifford+ $T$门集对相对或乘法误差的最有效的强模拟算法。然后,我们研究的成本泡利测量的高斯和秩,这是一个轻微的推广的稳定器秩,是其渐近缩放的下限。我们证明,这个下限似乎是紧在低$t$计数,这表明,在12量子位状态的稳定秩可以进一步降低到$2^{\sim 0.449 t}$,我们证明和数值表明,这是单泡利测量的情况下。我们的构造直接显示了在$12$量子位处的约化是如何迭代地基于在$6$、$3$、$2$和$1$量子位处获得的约化。这就解释了为什么在这些数量的量子比特基元的张量因子处发现了新的减少,这是以前文献中缺乏的解释。此外,在这个过程中,我们观察到T门魔态的稳定器秩和分解之间的有趣关系,这些分解是Clifford同构的计算子基张量与单量子比特状态,产生最小的唯一稳定器状态内积-相同的关系,允许在泡利测量的奇维qudit Wigner公式中找到最小数量的唯一高斯和。
2022-06-07 quant-ph
Learning stabilizer structure of quantum states
IBM Quantum(IBM量子);Almaden Research Center(阿尔马登研究中心)
本文研究任意量子态的稳定子结构学习问题,提出基于自校正的分解方法,并给出多项式或拟多项式时间算法,首次实现稳定子秩 k 态的无条件学习。
2025-11-05 cs.CC math.CO quant-ph
Arithmetic of qudit dimensions governs erasure correction on the Fano plane and stabilizer-state entanglement
Wuhan University(武汉大学);The University of Manchester(曼彻斯特大学)
该研究将稳定子熵锥与线性秩锥的自对偶切片关联,发现五方时二者存在间隙,且稳定子锥依赖局域维度,四方及以下不依赖,还得到Steane码逻辑零态的相关结论。
2026-11-03 cs.IT math.CO math.IT
Entanglement of stabilizer codewords
证明了对于稳定子量子码字,纠缠的几何测度、对数鲁棒性和相对熵是相等的。纠缠的上界和下界由码的生成元确定。给出了双包含CSS码、Gottesman码及其相关码的纠缠度。当两个界不相等时,给出了一个迭代算法来确定纠缠度的精确值。
2011-09-27 quant-ph
Single-copy stabilizer testing
针对仅能单副本访问的 n 量子比特态稳定子测试问题,提出 O(n) 副本算法,并利用 Clifford 对称性与 PPT 约束证明 Ω(√n) 副本下界。
2024-10-10 cs.CC cs.DS quant-ph
Lower bounds on the non-Clifford resources for quantum computations
我们建立了执行各种量子计算任务所需的资源状态(也称为魔法状态)数量的下限,将稳定器操作视为自由操作。我们的界限适用于自适应计算,使用测量和任意数量的稳定器Ancillas。我们考虑(1)资源状态转换,(2)单量子比特酉合成,和(3)计算任务。为了证明我们的资源转换界限,我们引入了两个新的单调性:稳定器零点和并矢单调性,并利用已知的稳定器范围。我们考虑借用资源状态(称为催化剂状态)并在算法结束时返回它们的转换。我们表明,催化是必要的许多转换,并介绍新的催化转化,其中一些接近最佳。通过找到一个规范形式的后选择稳定计算,我们表明,近似一个单量子位幺正钻石范数精度$\varepsilon$至少需要$1/7\cdot\log_2(1/\varepsilon) - 4/3$ $T$-状态平均。这是应用于使用回退、混合技术的合成方案的第一个下限,并且其中所使用的辅助物的数量可以取决于$\varepsilon$。直到乘法因子,我们最佳地下界的$T$或$CCZ$状态的数量需要实现无处不在的模加法器和乘法控制的$Z$操作。当泡利测量结果的概率为1/2时,我们的一些边界变得紧到一个小的加性常数内。
2019-11-22 quant-ph
Localizing genuine multiparty entanglement in noisy stabilizer states
Indian Institute of Technology Palakkad(印度理工学院帕拉卡德分校)
本文研究了在受噪声的多粒子稳定子态中定位真正的多方纠缠,通过图论方法计算了无噪声和有噪声情况下的下界,并展示了在特定Pauli测量设置下噪声强度临界值的存在。
2026-04-27 quant-ph
Stabilizer entropies are monotones for magic-state resource theory
本文在纯态魔态资源理论中证明了稳定子熵(α≥2)的单调性,并通过凸顶构造将其推广至混合态,确立了稳定子熵作为唯一已知的实验可测量且计算易处理的资源单调子家族,同时给出了改进的魔态转换界限。
2024-10-20 quant-ph
Weight Reduced Stabilizer Codes with Lower Overhead
本文针对中小规模稳定子码提出一种大幅简化的减权方法,可将超图乘积码和提升乘积码的校验权重降至至多六,在保持逻辑量子比特数和码距的同时以更低开销显著提升光量子计算架构中的码性能。
2024-02-07 quant-ph
Complexity and Applications of Nearest Stabilizer Product State Problems
University of California, San Diego(加州大学圣地亚哥分校);Hon Hai (Foxconn) Research Institute(鸿海(富士康)研究院);Institute for Quantum Computing, University of Waterloo(滑铁卢大学量子计算研究所)
本文研究最近稳定子乘积态问题的复杂度,通过改变单量子比特稳定子态集合,证明其解在经典模拟、纠缠度量及低秩矩阵补全中有应用,并给出完整复杂度分类,表明除两个简单情形外均为NP完全。
2026-10-02 quant-ph
Linear Depth Stabilizer and Quantum Fourier Transformation Circuits with no Auxiliary Qubits in Finite Neighbor Quantum Architectures
在本文中,我们研究了量子体系结构如何影响量子傅里叶变换(QFT)和线性变换的执行效率,这是稳定器/Clifford群电路的重要组成部分。特别是,我们表明,在最常见和现实的物理架构,包括线性最近邻,二维晶格,和有界度图(包含一个链的长度为n),n-qubit QFT和n-qubit稳定器电路可以并行化到线性深度使用没有辅助量子位。我们构造了下界来显示我们方法的效率。
2007-11-15 quant-ph
Qimax: Efficient quantum simulation via GPU-accelerated extended stabilizer formalism
University of Information Technology(信息技术大学);Vietnam National University(越南国立大学);Nara Institute of Science and Technology(奈良先端科学技术大学院大学)
本文提出一种基于扩展稳定子形式法的并行化方法,利用GPU加速实现高效量子模拟,在某些场景下优于Qiskit和Pennylane等主流模拟器。
2026-05-15 cs.SE quant-ph
Entropic uncertainty relations and the stabilizer formalism
熵不确定性关系通过用熵量化不确定性来表达量子力学的不确定原理。中心问题包括推导的总不确定性的下限为给定的观测量,允许强的不确定性关系的观测量的表征,以及建设这种关系的情况下,几个观测量。我们演示了如何稳定器形式主义可以应用到这些问题。我们表明,Maassen-Uffink熵的不确定性关系是紧的测量在任何一对稳定剂基地。我们比较了基于方差和各种熵的二分法反对易观测的不确定性关系的相对优势。
2012-02-01 quant-ph
Efficient Simulation of High-Level Quantum Gates
Department of Computer Science, Aarhus University(奥胡斯大学计算机科学系)
本文提出一种基于gadget的模拟器,直接模拟高级量子门以避免编译膨胀,通过稳定子分解提升性能,并推导了部分门的稳定子秩下界。
2026-04-29 quant-ph
Affine-Profile Stabilizer Thresholds for Magic in Codeword-Stabilized Quantum Codes
Chung Yuan Christian University(中原大学);National Center for Theoretical Sciences(国家理论科学中心);National Yang Ming Chiao Tung University(国立阳明交通大学)
本文针对码字稳定量子码,开发适配其的魔态见证框架,将其稳定子阈值约化为经典仿射几何问题,实现量子优化到经典问题的转化,为魔态认证提供几何机制。
2026-09-01 quant-ph
Lower bound for the quantum capacity of a discrete memoryless quantum channel
推广了稳定子码的随机编码方法,得到了任意离散无记忆量子信道量子容量的一个下界。对于去极化信道,我们的下界与Bennett等人得到的一致。我们还稍微改进了一般稳定子码的量子Gilbert-Varshamov界,并建立了线性稳定子码的量子Gilbert-Varshamov界的模拟。我们的证明仅限于二进制量子信道,但它的扩展到l-adic信道是直接的。
2002-07-25 quant-ph
Unifying Graph Measures and Stabilizer Decompositions for the Classical Simulation of Quantum Circuits
Princeton University(普林斯顿大学);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
本文提出统一图度量与稳定分解的方法,实现量子电路的经典模拟,提出两种高效算法并引入改进的复杂度度量。
2026-03-06 quant-ph
Learning unknown stabilizer codes using product measurements
School of Mathematical and Physical Sciences, University of Sheffield(谢菲尔德大学数学与物理科学学院)
本文提出一种无需预先知晓结构、利用随机单量子比特测量学习稳定子码生成元的算法,推导了所需态数下界与成功概率界,该方法在qLDPC码上的态数随量子比特数呈多项式对数级缩放。
2026-09-17 quant-ph
Majorana loop stabilizer codes for error correction of fermionic quantum simulations
保持几何局部性的费米子到量子比特映射对于模拟晶格费米子模型(例如,哈伯德模型)。它们避免了与映射中的几何非局部奇偶项相关的开销,例如Jordan-Wigner变换和Bravyi-Kitaev变换。因此,它们通常提供具有较低深度和门复杂度的量子线路。在这样的编码中,费米子态被编码在一组稳定子的公共+1本征空间中,类似于稳定子量子纠错码。在这里,我们讨论几个已知的几何局部保持映射和它们的能力,以纠正/检测单量子比特错误。我们引入了一个几何局部保持映射,其稳定子对应于费米子跳跃图的闭路径上的Majorana算子的乘积。我们表明,我们的代码,我们称之为马约拉纳回路稳定器代码(MLSC)可以纠正所有的单量子位错误的2维正方形晶格,而以前的几何局部保持代码只能检测到单量子位错误相同的晶格。与现有代码相比,MLSC将相关的费米子算子映射到较低权重的量子比特算子,尽管具有更高的代码距离。超越晶格模型,我们证明了MLSC与模拟量子化学的最先进算法兼容,并且可以为这些模拟提供相同的纠错特性,而无需额外的渐近开销。这些特性使得MLSC成为近期器件上费米子误差减轻量子模拟的一个有希望的候选者。
2020-08-23 quant-ph
Fault-tolerant Preparation of Stabilizer States for Quantum CSS Codes by Classical Error-Correcting Codes
稳定子态是量子信息理论中的一个重要研究对象,它的结构是基于泡利群的。Calderbank-Shor-Steane(CSS)稳定态在容错量子计算(FTQC)中具有重要的应用价值。然而,如何容错地准备任意CSS稳定器状态的一般CSS稳定器代码仍然是未知的,并且它们的准备在计算资源上是非常昂贵的。在本文中,我们将展示如何准备一个大类的CSS稳定器状态有用的FTQC。我们提出了蒸馏协议使用伴随式编码的经典代码或量子CSS代码。沿着同样的路线,我们表明,经典的编码技术可以减少辅助消耗的Steane综合征提取通过使用额外的横向控制非门和经典的计算能力。在固定辅助消耗率的情况下,我们可以增加量子纠错的频率,有效地降低错误率。
2017-03-09 quant-ph
Quantum Stabilizer Codes for Correlated and Asymmetric Depolarizing Errors
我们研究了常见的量子稳定子码在非对称和相关错误的存在下的性能。具体地说,我们考虑去极化噪声量子存储信道,并通过五和七量子比特稳定码执行量子纠错。我们通过纠缠保真度作为错误概率和记忆度的函数来表征这些码。我们表明,它们的性能降低的相关性的存在下,我们计算的错误概率阈值代码的有效性。此外,我们发现错误概率的不对称性不影响五量子比特码的性能,而它确实影响七量子比特码的性能,这在考虑相关和对称去极化错误时效果较差,但对于相关和非对称错误更有效。
2010-05-19 quant-ph
Exponential lower bounds on the fermionic Gaussian rank of magic states and the bosonic coherent state rank of Fock states
Centrum Fizyki Teoretycznej Polskiej Akademii Nauk(波兰科学院理论物理中心)
本文证明魔法态张量积的费米子高斯分解项数呈指数下界,并给出Fock态相干态秩的精确公式,为经典模拟量子计算提供理论支撑。
2026-10-05 quant-ph
Canonical Form and Finite Blocklength Bounds for Stabilizer Codes
Institute of Communications and Navigation, German Aerospace Center (DLR)(德国航空航天中心通信与导航研究所);Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust, University of Luxembourg(卢森堡大学安全、可靠性与信任跨学科中心)
本文推导了任意大小和秩的稳定器校验矩阵的正则形式,并改进了Clifford群的正则形式计算时间,同时研究了稳定码和Pauli噪声的有限块长界限。
2026-09-03 quant-ph
Direct measurement of Bacon-Shor code stabilizers
Bacon-Shor码是$L \times L$晶格上的子系统量子纠错码,其中$2(L-1)$重量- $2L$稳定剂通常从$(L-1)^2$重量-2规范算子的测量中推断。在这里,我们表明,稳定器可以直接测量和容错裸辅助量子比特通过构建电路,遵循规范运营商的模式。然后,我们研究了这种方法的影响,小量子纠错码的旋转表面码和培根-肖尔码与标准的去极化模型的距离3版本进行比较,并在一个被困离子量子计算机的上下文中。我们发现,对于一个简单的电路的准备,错误纠正和测量的培根肖尔码优于表面码,需要更少的量子比特,花费更少的时间,并具有更低的错误率。
2018-04-03 quant-ph
Adaptive Stabilizer State Fidelity Certification
College of Computer Science and Technology, National University of Defense Technology(国防科技大学计算机学院)
针对稳定子态保真度认证中规范依赖导致的模糊性,提出自适应扩展方法,通过线性规划和见证消除策略选择规范,实现完整认证区间并证明单调收紧与精确恢复。
2026-05-28 quant-ph
Quantum universality by state distillation
量子普适性可以使用经典控制的稳定器操作和重复制备某些辅助状态来实现。哪一个附属国足以实现普遍性?这个“幻态蒸馏”问题与量子容错密切相关。在辅助上容许的噪声的下限有助于给出用于容错计算的容许噪声率阈值的下限。上界显示基于Gottesman-Knill定理的阈值上界参数的限制。我们扩展的范围内的单量子比特混合状态,已知的普适性,通过使用一个简单的奇偶校验操作。对于证明阈值下限的应用程序,往往需要一定的实际稳定性特征,我们也展示了一个稳定的蒸馏过程。没有蒸馏上限已知超出Gottesman-Knill定理给出的。人们可能会问,蒸馏上限是否可以简化为单量子位辅助态的上限。对于多量子位纯态和先前考虑的双量子位辅助态,答案是肯定的。然而,我们展示了两个量子位的混合状态,不是稳定状态的混合物,但对于每个后选择的稳定剂减少从两个量子位到一个输出稳定剂状态的混合物。蒸馏这种状态需要真正的多量子比特状态蒸馏方法。
2009-07-13 quant-ph
Stabilizer formalism for generalized concatenated quantum codes
广义级联量子码(GCQC)的概念提供了一个系统的方法来构造好的量子码从短的分量码。我们介绍了一个稳定剂形式主义的GCQC,这是通过定义量子陪集码。这种形式主义提供了一个新的视角GCQC,使我们能够推导出一个下界的代码距离稳定GCQC从组件代码参数,非退化和退化的组件代码。我们的形式主义也展示了如何利用组件码的纠错能力,有效地设计良好的GCQC。
2013-09-22 cs.IT math.IT quant-ph
Optimal Stabilizer Testing and Learning with Limited Quantum Memory
IBM Research(IBM研究院);Dahlem Center for Complex Quantum Systems(达赫姆复杂量子系统中心);Silicon Valley(硅谷)
研究在有限相干量子记忆下稳定子态的测试与学习,发现测试与学习之间的样本复杂度差距在记忆约束下消失,并给出了精确的样本复杂度界限。
2026-10-06 cs.CC cs.DS cs.IT
Quantum XYZ Stabilizer Codes
Università Politecnica delle Marche(马尔凯理工大学);German Aerospace Center (DLR)(德国航空航天中心)
研究引入量子XYZ稳定器码,其校验矩阵由三个两两正交的二元校验矩阵构建。刻画了其坍缩情况,推导量子最小距离界,包含已知非CSS拓扑码,产生稀疏qLDPC构造,模拟显示该码在有限长度下性能优于CSS qLDPC。
2026-10-30 cs.IT math.IT quant-ph
Non-Pauli topological stabilizer codes from twisted quantum doubles
长期以来,人们已经知道,长程纠缠拓扑相位可以用来保护量子信息免受不必要的本地错误。事实上,内禀拓扑序的条件让人想起了忠实的量子纠错的标准。与此同时,使用一般的拓扑秩序的实际纠错的承诺仍然在很大程度上没有实现的日期。在这项工作中,我们显着有助于建立这样一个连接,阿贝尔扭曲量子双模型可以用于量子纠错。通过利用组上同调数据坐在这些晶格模型的心脏,我们将这些哈密尔顿到满秩,成对的交换运营商,定义交换稳定的条款。由此产生的代码由非泡利交换稳定器定义,具有可以是量子比特或更高维量子系统的局部系统。因此,这项工作建立了一个新的连接之间的凝聚态物理和量子信息理论,并构建工具,系统地设计新的拓扑量子纠错码超越环面或表面码模型。
2021-02-16 cond-mat.str-el quant-ph
Fault-Tolerant Stabilizer Measurements in Surface Codes with Three-Qubit Gates
Forschungszentrum Jülich(于利希研究中心);RWTH Aachen University(亚琛工业大学);Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Nürnberg(埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学)
本研究展示了使用三量子比特门和单辅助量子比特实现表面码容错稳定器测量,显著降低逻辑错误率并提高容错阈值。
2025-06-10 quant-ph
Scalable characterization of localizable entanglement in noisy topological quantum codes
拓扑量子纠错码已经成为实现大规模容错量子计算机目标的主要候选者。然而,量化纠缠在这些系统的大尺寸在噪声的存在下是一个具有挑战性的任务。在本文中,我们提供了两种不同的处方来表征噪声稳定态,包括表面和颜色代码,在量子比特的子集上的可定域纠缠。在一种方法中,我们利用适当构造的纠缠见证运营商估计的可定域纠缠,这是直接在实验中访问的基于可定域性的下界。在另一个配方中,我们使用图状态是本地幺正等价的稳定状态,以确定可计算的测量为基础的可定域纠缠的下限。如果在实验中使用,这将转化为从在特定基础上对感兴趣的子系统外部的量子位执行的单量子位测量获得的可定域纠缠的下限。为了计算这些下界,我们详细讨论了从稳定器状态获得局部酉等价图状态的方法,其中包括一个新的和可扩展的几何配方以及适用于任意大小的一般稳定器状态的代数方法。此外,作为后一个配方的关键步骤,我们开发了一个可扩展的图形转换算法,该算法使用一系列局部互补操作在图形中的两个特定节点之间创建一个链接。我们为这些转换开发了开源Python包,并通过将其应用于嘈杂的拓扑色码来说明该方法,并研究可定位纠缠的见证和基于测量的下界如何随所选量子位之间的距离而变化。
2020-08-15 quant-ph
Stabilizer Statistical Mechanics: A Framework for Efficient Quantification and Classification of Magic States
LG Electronics Toronto AI Lab(LG电子多伦多人工智能实验室);Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore(新加坡国立大学量子技术中心);MajuLab, CNRS-UNS-NUS-NTU International Joint Research Unit, UMI 3654(MajuLab,CNRS-UNS-NUS-NTU国际联合研究单元,UMI 3654);National Institute of Education, Nanyang Technological University(南洋理工大学国立教育学院)
该研究提出稳定器统计力学框架,通过构建稳定器配分函数与稳定器功,实现魔术态的有效量化分类,可应用于低秩稳定器模拟等场景,为量子系统魔术性质研究提供新途径。
2026-08-18 quant-ph
Beyond Bell sampling: stabilizer state learning and quantum pseudorandomness lower bounds on qudits
针对 Bell 采样在 d>2 维 qudit 上失效的问题,本文刻画其信息失效情形,并提出 O(n) 副本、O(n^4) 时间的 stabilizer 态学习算法及伪随机态区分算法,推出 Clifford 电路的量子伪随机性下界。
2024-05-10 cs.CC cs.DS quant-ph
Nonbinary stabilizer codes over finite fields
量子通信和计算中的一个巨大困难是保护携带信息的量子态免受与环境的不期望的相互作用。在过去的几年中,许多优秀的量子纠错码都是以二元稳定子码的形式出现的。容错量子计算促进了对非二进制量子码的研究,但这种码的理论不如二进制量子码先进。本文描述了有限域上稳定子码的基本理论。稳定子码和一般量子码之间的关系,澄清了这些对象引入伽罗瓦理论。利用GF(q^2)上的经典码对GF(q)上的非二元稳定子码进行了刻画,推广了二元情况下GF(4)上的加法码的概念.本文给出了稳定子码的最小距离的上下界,给出了几种稳定子码的构造方法,并导出了稳定子码族,包括量子汉明码、二次剩余码、量子Melas码、量子BCH码和量子特征码。Rains的删余理论被推广到不一定是纯的加法码。给出了最大距离可分稳定子码的最大长度的界。开放的问题的讨论结束本文。
2005-08-17 cs.IT math.IT quant-ph
Optimal verification of stabilizer states
量子态的统计验证旨在证明给定的未知态是否可信地接近目标态。到目前为止,基于局部测量的样本最优验证协议仅针对不同的状态组:二分纯态、GHZ态和反对称基态。在这项工作中,我们系统地研究了利用泡利测量的纠缠稳定态的最佳验证。首先,我们提供了一个下界的样本复杂度的任何验证协议的基础上可分离的测量,这是独立的量子比特的数量和特定的稳定状态。然后,我们提出了一个简单的算法来构造基于泡利测量的最优协议。我们的计算表明,基于泡利测量的最佳协议可以饱和所有纠缠稳定态的上述界限,这一说法被明确验证的状态高达7个量子比特。当每一方只能选择两个测量设置(例如X和Z)时,也会得出类似的结果。此外,凭借的色数,我们提供了一个上限的最小数量的设置所需的验证任何图形状态,这是预期的紧。对于实验主义者,最佳协议和具有最小设置数量的协议明确地提供了多达七个量子比特的稳定器状态的所有等价类。对于理论工作者来说,在量子态验证之外,本文所得到的稳定态(特别是图态)和相关结构的一般结果可能具有独立的意义。
2020-07-19 quant-ph
On the Hardness of PAC-learning Stabilizer States with Noise
University of Texas at Austin(得克萨斯大学奥斯汀分校)
在Aaronson(2007)的可能近似正确(PAC)框架下,我们考虑了带噪声的稳定态学习问题,用于量子态的学习.在无噪声环境中,Rocchetto(2018)最近给出了这个问题的算法,但有噪声的情况仍然开放。受经典学习理论中噪声容忍方法的启发,我们引入了PAC学习量子态的统计查询(SQ)模型,并证明了该模型中的算法确实对常见形式的噪声具有弹性,包括分类和去极化噪声。我们证明了一个指数下界学习稳定状态的SQ模型。即使在SQ模型之外,我们证明了学习稳定器状态与噪声一般是很难学习奇偶噪声(LPN)使用经典的例子。我们的研究结果定位学习稳定状态的问题作为一个自然的量子模拟的经典问题的学习奇偶校验:容易在无噪声设置,但似乎棘手,即使与简单形式的噪声。
2022-01-31 cs.DS cs.LG quant-ph
Stabilizer Rényi entropy of 3-uniform hypergraph states
Chuo University(中央大学)
本文研究了由受控-受控-Z门生成的3-均值超图态的非稳定化性质,通过稳定化Rényi熵(SRE)计算方法,发现其可利用矩阵秩表示,将计算复杂度从O(2^{3N})降至O(N^3 2^N),并给出了一维超图态及大规模3-均值超图态的SRE数值结果。
2026-05-14 quant-ph
Amortized Stabilizer Rényi Entropy of Quantum Dynamics
Thrust of Artificial Intelligence, Information Hub, The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)(香港科技大学(广州)人工智能枢纽);Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore(新加坡国立大学量子技术中心)
提出摊销 α-稳定子 Rényi 熵以量化酉动力学的非稳定子生成能力,并据此改进量子傅里叶变换和一维海森堡演化的 T 计数下界。
2026-11-03 quant-ph
How fast do stabilizer Hamiltonians thermalize?
我们提出了严格的界限热化时间的量子力学自旋系统的家庭被称为稳定剂哈密顿。的热化动力学建模戴维斯主方程,从一个弱的本地耦合系统到一个大的热浴。两个温度制度被认为是。首先,我们澄清如何在低温制度,热化时间是由一个概括的正交基态之间的能量势垒。当没有能量障碍是目前的哈密尔顿热化在一个时间是最多的二次系统的大小。其次,我们表明,以上的一个普遍的临界温度,每一个稳定剂哈密顿松弛到其独特的热状态的时间尺度在最线性的系统的大小。我们提供了一个明确的下限上的临界温度。最后,我们讨论了这些结果的影响的问题,自校正量子存储器的稳定剂哈密顿量。
2015-05-28 cond-mat.other math-ph math.MP
Quantum circuit lower bounds in the magic hierarchy
本文提出魔法层级电路模型,统一多种量子电路框架,并利用稳定子码的传染性性质证明第一层中显式量子态无法被 Clifford 加 QNC^0 电路近似制备,建立了连接电路复杂性与凝聚态物理的新框架。
2025-08-28 cs.CC quant-ph
The logical set of Gaussian states under the stabilizer subsystem decomposition
International Institute of Physics, Federal University of Rio Grande do Norte(联邦北里奥格兰德大学国际物理研究所);Physics Department, Federal University of Rio Grande do Norte(联邦北里奥格兰德大学物理系);Department of Mathematics and Statistics, University of Ottawa(渥太华大学数学与统计系);Center for Macroscopic Quantum States bigQ, Department of Physics, Technical University of Denmark(丹麦技术大学bigQ宏观量子态研究中心)
该研究将高斯态映射到GKP逻辑子空间,通过稳定子子系统分解推导逻辑Bloch向量并刻画可达集,将几何框架转化为压缩见证认证工具,证明高斯态系综可违反稳定子界和经典界,分别认证集合魔法和密码学随机性。
2026-09-24 quant-ph
Comparative Study of Sampling-Based Simulation Costs of Noisy Quantum Circuits
量子运算中的噪声常常抵消量子计算的优势。然而,大多数经典的量子计算机模拟计算理想的概率幅,要么存储完整的状态向量,要么使用复杂的张量网络收缩。在这里,我们研究基于采样的经典模拟方法的噪声量子线路。具体来说,我们的特点的两个主要计划,稳定状态采样的魔态和海森堡传播,量子线路受到随机泡利噪声,如去极化和去相位噪声的模拟成本。为此,我们介绍了几种技术的稳定器状态采样,以减少这种噪声下的仿真成本。结果表明,在低噪声区,稳定状态采样的结果在一个较小的采样成本,而海森堡传播是更好的高噪声区。此外,对于高去极化噪声率$\sim 10\%$,这些方法提供了比低秩稳定器分解给出的更好的缩放。我们相信,这些知识的经典模拟成本是有用的挤压可能的量子优势的近期噪声量子器件以及有效的经典模拟方法。
2021-06-17 quant-ph
Non-Clifford Crosstalk Noise in Surface Codes Using Hybrid Stabilizer-Tensor Network Methods
The University of Melbourne(墨尔本大学);Monash University(莫纳什大学)
本文采用混合稳定子-张量网络模拟技术,研究表面码综合征提取过程中相干量子串扰噪声的影响,发现相干性增加逻辑错误率并降低码阈值,且噪声分布会定量改变逻辑错误率。
2026-05-28 quant-ph