Protecting dissipative quantum state preparation via dynamical decoupling
我们表明,耗散量子态的制备过程可以防止量子比特退相交错的状态准备控制与动态解耦(DD)控制组成的一系列短$π$脉冲。这种非均匀展宽可以抑制到脉冲间隔的二阶量级,保护效率几乎与脉冲序列无关,而由脉冲间的平均间隔决定。的DD保护数值测试,发现是有效的对非均匀退相两个示例性的耗散状态准备计划,使用集体泵浦,以实现多体单线态和线性集群状态分别。数值模拟还表明,状态准备可以有效地保护$π$脉冲与完全随机的到达时间。我们的结果使得这些态制备方案在非均匀加宽系统中的应用成为可能。以半经典描述的高斯噪声为例,讨论了态准备对动态噪声的DD保护。
2013-03-12 quant-ph
Nearly optimal quasienergy estimation and eigenstate preparation of time-periodic Hamiltonians by Sambe space formalism
本文基于Sambe空间形式严格推导了空间截断,提出了计算时间周期性哈密顿量准能量和Floquet本征态的量子算法,实现了近最优查询复杂度,证明其计算效率几乎与时间无关情况相当。
2024-01-05 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nearly Optimal Quantum Algorithm for Estimating Multiple Expectation Values
许多量子算法涉及期望值的评估。用于估计单个期望值的最佳策略是已知的,需要与目标误差$\varepsilon$成比例的多个状态准备为$\mathcal{O}(1/\varepsilon)$。在本文中,我们解决的任务,估计的期望值$M$不同的观测值,每个内的附加误差$\varepsilon$,具有相同的$1/\varepsilon$依赖。我们描述了一种方法,利用Gilyén等人。的量子梯度估计算法,以实现$\mathcal{O}(\sqrt{M}/\varepsilon)$按比例放大到对数因子,而不管$M$可观测量的换向特性。我们证明,这种缩放是最坏情况下的最优的高精度制度,如果状态准备被视为一个黑盒子,即使当运营商相互交换。我们突出了我们的方法的灵活性,提出了几个概括,包括一个策略,用于加速动态关联函数的集合的估计。
2022-10-11 quant-ph
Quantum Gibbs sampling through the detectability lemma
Duke University(杜克大学)
本文利用可检测性引理改进Gibbs态制备,设计无需模拟主方程的新型方法,降低计算成本,并结合量子奇异值变换实现无 frustrations Hamiltonian 的基态投影算子,取得谱间隙依赖的二次加速。
2026-04-08 cs.NA math-ph math.MP
Dissipative preparation of tripartite singlet state in coupled arrays of cavities via quantum feedback control
提出了一种实验上可行的方案,利用耗散方法制备了三个耦合腔阵列中原子的三重纠缠态。相干驱动场和基于量子跳跃的反馈控制的组合将驱动系统进入非平衡稳态,该非平衡稳态与真正的三原子单重态具有几乎完美的重叠。研究了不同的控制策略,确定了相应的最优参数。此外,靶态的保真度对探测效率不敏感,在单原子合作性参数$C\equiv g^2/(γκ)>350$等较宽的退相干参数范围内,其保真度均超过90%.
2016-07-19 quant-ph
Static entanglement structure and adiabatic Bell-state preparation in the tripartite quantum Rabi model
Central South University(中南大学)
研究三方量子拉比模型中的静态纠缠结构与绝热贝尔态制备,通过分析能谱和纠缠变化,识别本征分支,给出解析标准,用三态有效模型解释现象,并通过有限时间线性斜坡确定高保真度所需参数,揭示了耦合对纠缠及制备的作用。
2026-07-14 quant-ph
Nonunitary Preparation of Nontrivial States from Trivial Regimes in Two-Dimensional Topological Insulators
Hefei University of Technology(合肥工业大学);University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
本文提出一种非单位元方法,通过引入退相干噪声制备二维拓扑绝缘体中的非平凡态,为访问拓扑态提供了新的替代方案。
2026-03-27 quant-ph
Preparation and probing of the ground state coherence in Rubidium
我们演示了超精细基态之间相干性的制备和探测|5 S_{1/2},F=1>和|5 S_{1/2},F=2>铷87同位素。研究了不同的相干控制技术,即分数受激拉曼绝热通过和相干布居返回对相干性的影响。这些技术是使用近简并泵浦和斯托克斯激光器在795 nm(铷D1跃迁)通过激发态耦合两个超精细基态来实现的|5 P_{1/2},F=1>通过共振双光子过程,其中建立了两个超精细基态的相干叠加。该介质由一个附加的弱激光探测,该激光产生与基态相干性成比例的四波混频信号,并使我们能够及时监测其演化。实验数据与数值模拟进行了比较。
2007-01-31 quant-ph
Tailored photon pair preparation relying on full group velocity matching in fibre-based spontaneous four wave mixing
我们研究光子对产生通过标量自发四波混频在单模光纤和频率简并泵,我们集中在源的几何形状,满足全群速度匹配(GVM),即在泵,信号和空闲传播在相同的群速度。我们讨论了两个实验技术,允许实现完整的GVM,并讨论由此产生的双光子态的属性。特别是,我们表明,全GVM可以导致源接近相位匹配不受色散的约束,因此具有非常大的带宽。我们还讨论了近可因子态的产生作为全GVM的一个应用。
2008-10-08 quant-ph
Nearly Optimal Circuit Size for Sparse Quantum State Preparation
本文系统研究稀疏量子态制备的电路规模,给出无辅助、有限辅助和无限辅助量子比特下的近乎最优电路规模,并证明相关下界,改进了先前结果。
2025-04-20 quant-ph
Quantum state preparation via engineered ancilla resetting
本研究提出一种结合周期性量子重置的协议,通过引导哈密顿量实现系统与辅助系统耦合,以制备无阻挫母哈密顿量基态,发现辅助系统纠缠能加速收敛且存在最优重置时间,并对噪声具有鲁棒性。
2024-03-26 quant-ph
Spectral Gap Amplification
科学中的大量问题可以通过准备某个哈密顿量H的特定本征态来解决。这些问题的量子算法的通用成本由该本征态的H的逆谱隙和在某个固定时间内随H演化的成本决定。谱隙放大的目标是构造具有与H相同的本征态但具有更大谱隙的哈密顿量H',这要求以几乎相同的成本实现具有H'和H的恒定时间演化。我们表明,二次光谱间隙放大是可能的,当H满足无阻挫性质,并给出H'的这些情况下。这导致优化问题的量子加速。它也产生了改进的构造的绝热模拟的量子线路和投影纠缠对态(PEPS),这在量子多体物理中起着重要作用的制备。定义一个合适的黑箱模型,我们建立的二次放大是最佳的挫折免费的哈密顿量,没有光谱间隙放大是可能的,在一般情况下,如果挫折免费的属性被删除。一个推论是,在黑箱模型中很难找到随机哈密顿量和相应的随机矩阵之间的相似变换,这限制了一些模拟量子绝热演化的经典方法的能力。
2012-03-30 quant-ph
Fault-tolerant preparation of arbitrary logical states in the cat code
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);Hefei National Laboratory(合肥国家实验室);Tsinghua University(清华大学)
本文提出在四腿猫码中实现容错制备任意逻辑态的框架,通过抑制非相干误差,实现高保真度并支持扩展和硬件兼容性。
2026-02-19 quant-ph
Direct certification of a class of quantum simulations
在量子模拟和计算领域中的主要挑战之一是当经典的有效模拟不可用时,识别证明设备的正确功能的方法。重要的情况下,一个不能经典地计算当地的期望值的国家准备有效的情况。在这项工作中,我们开发的弱成员配方的认证的基态准备。我们提供了一个非交互式的协议,用于验证基于简单的能量测量本地哈密顿项的无挫哈密顿量的基态。这种认证协议可以应用于经典的难以处理的模拟量子模拟:例如,使用费曼-基塔耶夫哈密顿算子,可以在这种基态中编码通用量子计算。此外,我们的认证协议是适用于基态编码的IQP电路演示量子霸权。当误差多项式有界时,这些可以被有效地证明。
2017-12-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Efficient estimation of nearly sparse many-body quantum Hamiltonians
基于压缩感知的方法,我们提出了一种有效的、鲁棒的多体量子系统的哈密顿识别方法。这项工作表明,只有O(s log(d))的实验配置,由随机的本地准备和测量,可以估计的d维系统的哈密顿量,只要哈密顿量是近s-稀疏在一个已知的基础。我们数值模拟了该算法在光晶格中自旋耦合量子点和原子的三体和四体相互作用中的性能。此外,我们应用该算法来表征哈密顿精细结构和未知的系统浴相互作用。
2010-07-22 quant-ph
Quantum state preparation and macroscopic entanglement in gravitational-wave detectors
长基线激光干涉仪引力波探测器在宽频带内以标准量子极限(SQL)的10倍(振幅)工作。这种低的经典噪声预算已经允许创建一个受控的2.7公斤宏观振荡器的有效本征频率为150赫兹和占用数为200。这一结果以及进一步改进的前景预示着使用引力波探测器实验探测宏观量子力学(MQM)--日常经验领域中物体的量子力学行为--的新可能性。在本文中,我们提供了数学基础的第一步的MQM实验:准备一个宏观的测试质量到一个接近最小海森堡有限的高斯量子态,这是可能的,如果干涉仪的经典噪声击败SQL在一个宽频带。我们的形式主义,维纳滤波的基础上,允许一个简单的转换从经典的噪声预算的激光干涉仪,在噪声光谱方面,到量子态的准备策略,和准备状态的质量。使用这种形式主义,我们考虑如何高斯纠缠可以建立在两个宏观的测试质量,和性能的计划先进的LIGO干涉仪在量子态的准备。
2009-02-28 quant-ph
Frustration without Glass: A Non-Abelian Gauge Model of Network Compatibility
School of Arts and Sciences, Fuyao University of Science and Technology(福州大学福耀工学院)
该研究构建非阿贝尔结构一致性理论,通过平行 tempering 模拟揭示 SU(2) 模型高无序相的非玻璃态关联规范液体特性,未发现热力学副本对称性破缺证据。
2026-08-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Efficient optimization of state preparation in quantum networks using quantum trajectories
波函数蒙特卡罗方法,也被称为“量子跳跃轨迹”的使用,允许通过独立地跟踪许多纯态“轨迹”的演化来有效地模拟开放系统。这种方法非常适合现代高度并行计算机的模拟。在这里,我们表明,克罗托夫的方法的数值最优控制,不像其他人,可以修改以一种简单的方式,使其成为完全平行的纯状态,而不会失去其有效性。这为寻找开放量子系统和网络的最优控制协议提供了一种高效的方法。我们将这种方法应用于在由单向链耦合的系统组成的网络中产生纠缠态的问题。我们表明,由于存在一个暗态子空间的网络中,近最优的控制协议,可以找到这个问题,通过只使用一个单一的纯状态轨迹的优化,进一步提高了效率。
2018-08-20 quant-ph
Dissipative ground state preparation and the Dissipative Quantum Eigensolver
本文提出耗散量子本征求解器,通过反复迭代局域测量无条件收敛到任意局域哈密顿量的基态子空间,无需变分优化且具有天然抗噪性,并在数值实验中验证了其低电路深度下的有效性。
2023-09-21 math-ph math.MP quant-ph
No-go Theorem for One-way Quantum Computing on Naturally Occurring Two-level Systems
单向量子计算通过对多体纠缠态(称为资源态)进行单粒子测量来实现量子计算的全部功能。由于单粒子测量相对容易实现,因此资源状态的准备成为一项至关重要的任务。一个吸引人的方法是简单地将强关联的量子多体系统冷却到它的基态。除了要求系统的基态对于单向量子计算是普适的之外,我们还希望哈密顿量具有由固定的能隙保护的非简并基态,仅涉及两体相互作用,并且是无阻挫的,以便在计算过程中的测量将剩余的粒子留在基空间中。近年来,人们在寻找自旋晶格系统中自然出现的基态资源态方面做了大量的工作。在自旋为5/2和自旋为3/2的系统中,该方法被证明是成功的。然而,在自旋为1/2的情况下,是否存在这样一种自然资源状态仍然是一个悬而未决的问题,即,量子比特系统在这里,我们给出了一个否定的答案,证明了一个真正的纠缠量子比特态不可能是任何两体无阻挫哈密顿量的非简并基态。更重要的是,我们证明了每个自旋为1/2的无阻挫哈密顿量与两体相互作用总是有一个基态,是一个产品的单或两个量子比特的状态,一个更强的结果,是有趣的独立的上下文的单向量子计算。
2010-04-21 quant-ph
A nearly linear-time Decoded Quantum Interferometry algorithm for the Optimal Polynomial Intersection problem
Quantinuum
本研究改进了解码量子干涉算法,提出近线性时间算法用于最优多项式相交问题
2026-01-21 quant-ph
State preparation and symmetries
本文证明在VQE中保持哈密顿量的全部对称性(如总自旋、平移和反射对称性)能显著改善变分方法收敛,在标准算法失效时仍能获得近乎精确的基态解。
2025-10-08 quant-ph
The walker speaks its graph: global and nearly-local probing of the tunnelling amplitude in continuous-time quantum walks
我们解决连续时间量子行走图,并讨论是否以及如何量子限制的测量上的步行者可以提取信息的节点之间的隧道振幅的图形。对于几个显着的家庭的图,我们评估最终的量子绑定到精度,即我们计算的量子费舍尔信息(QFI),并评估不完整的测量,即测量上的一个子集的图的节点的性能。我们还优化了QFI在步行者的初始准备,并找到最佳的测量实现在每种情况下的最终精度。随着图的拓扑结构的改变,连通性和可实现的精度之间的非平凡的相互作用被揭示出来。
2019-01-14 quant-ph
Quantum State Preparation with Optimal Circuit Depth: Implementations and Applications
本文提出仅用单、双量子比特门实现任意态 Θ(n) 深度及稀疏态 Θ(log(nd)) 深度的制备算法,并展示其在哈密顿量模拟、线性方程组和QRAM中的指数加速。
2023-04-23 quant-ph
Gapped Two-Body Hamiltonian for continuous-variable quantum computation
我们引入了一个家庭的哈密顿系统的测量为基础的量子计算连续变量。哈密顿量(i)是二次的,因此是两体的,(ii)是短程的,(iii)是无阻挫的,以及(iv)具有与压缩的平方倒数成比例的恒定能隙。它们的基态是著名的高斯图态,是无限压缩极限下量子计算的普遍资源。这些哈密顿量构成了图形状态绝热制备的基本成分,从而为超越标准光学方法的连续变量量子计算的物理实现开辟了新的途径。我们描述了这些系统在热平衡时的相关性。特别是,我们证明了跨任何multipartition的相关性完全包含在其边界,自动产生的相关面积法。
2011-02-19 quant-ph
Quantum linear system algorithm with optimal queries to initial state preparation
Azure Quantum, Microsoft(微软 Azure 量子);Google Quantum AI(谷歌量子人工智能);AWS Center for Quantum Computing(亚马逊云科技量子计算中心)
本文提出一种量子线性系统算法,通过最优概率查询初始态制备算子,同时近最优查询系数矩阵算子,改进了在解微分方程、预地面态等应用中的性能。
2026-03-18 cs.DS cs.NA math.NA
Quantum-state extraction from high-Q cavities
在腔模量子态的制备时间比其衰减时间短的情况下,研究了从高Q腔中提取单模量子态的问题。利用相空间函数计算了腔场逃逸的量子态随时间的演化。导出了一个一般的条件,在此条件下,腔外建立的脉冲的量子态是腔场初始制备时的量子态的几乎完美的复制。结果表明,不必要的损耗阻碍了利用现有技术从高Q光学微腔中实现近乎完美的非经典量子态提取。
2004-01-21 quant-ph
Improved Fermionic Scattering for the NISQ Era
University of Arizona(亚利桑那大学)
本研究提出了一种改进的费米子散射态准备方法,通过局部化波包减少电路深度,同时保持反交换关系,并在IonQ硬件上实现了应用。
2026-02-24 hep-lat quant-ph
Design nearly optimal quantum algorithm for linear differential equations via Lindbladians
本研究针对量子ODE算法中非幺正动力学嵌入难题,提出非对角密度矩阵编码技术,利用开放量子系统的Lindbladian动力学编码线性ODE,结合先进模拟算法实现近似最优性能,可应用于Gibbs态制备等场景。
2025-08-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Global optimization for quantum dynamics of few-fermion systems
本研究采用两种全局优化方法估计一维谐振子势阱中少费米子系统的量子速度极限,优化控制场使斜坡时间减少超过四倍,并考察了保真度对控制场扰动的鲁棒性。
2018-03-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
Fast Universal Control of an Oscillator with Weak Dispersive Coupling to a Qubit
由非线性相互作用产生的受控演化需要执行量子系统的完全操纵,并且这种控制只有在非线性速率与退相干速率相比较大时才是相干的。因此,工程量子系统通常依赖于比所有退相干率都强得多的裸非线性,并且这种层次通常被认为是必要的。在这项工作中,我们挑战这一假设,展示了一个量子系统的普遍控制裸非线性相互作用的相关速率是最快的退相干速率相媲美。为此,我们引入了一种新的噪声弹性协议的通用量子控制的近谐振子,利用原位增强的非线性,而不是利用裸露的非线性。我们的实验包括一个高品质因数的微波腔与一个低得多的质量超导量子比特的弱色散耦合。通过使用强驱动器暂时激发振荡器,我们实现了放大的三波混频相互作用,实现了比裸色散耦合预期快一个数量级的典型操作速度。我们的演示包括制备具有$98\pm 1(\%)$保真度的单光子态和制备具有$11.1$ dB压缩水平的压缩真空,这是微波领域报道的最大腔内压缩。最后,我们还展示了快速测量免费准备的二项式和Gottesman-Kitaev-Preskill(GKP)量子纠错码的逻辑状态。
2022-02-11 quant-ph
Near-Ultimate Quantum-Enhanced Sensitivity in Dissipative Critical Sensing with Partial Access
本文研究驱动 Jaynes-Cummings 耗散量子相变系统作为量子传感器,通过失谐选择优先双稳态实现不依赖初态的超线性灵敏度增强,并证明部分可及条件下零差探测结合贝叶斯估计即可接近全系统终极灵敏度极限。
2025-08-27 quant-ph
Progress towards practical qubit computation using approximate Gottesman-Kitaev-Preskill codes
在振荡器的连续自由度中对量子比特进行编码是实现纠错量子计算的一条有前途的道路。实现这一点的一种有利方式是通过Gottesman-Kitaev-Preskill(GKP)网格状态,其对称性允许校正振荡器上的任何小的连续误差。不幸的是,理想的网格状态具有无限的能量,因此找到现实,实用和有用的有限能量近似是很重要的。在这项工作的前半部分,我们调查的影响不完美的GKP状态的计算电路独立的物理架构。为此,我们分析的行为规范化GKP状态的物理和逻辑内容,通过几个数字的优点,采用最近开发的模块化子系统分解。通过跟踪由于GKP状态中的不完美而进入计算电路的错误,我们能够衡量这些状态对于NISQ(噪声中间尺度量子)设备的效用。在后半部分,我们专注于在光子域的状态准备方法,其中光子数分辨测量高斯态的某些模式产生非高斯态在其他。我们产生详细的数值结果的准备GKP状态,同时估计在实际环境中的资源需求和探测的质量与我们开发的工具所产生的状态。我们的数值实验表明,我们可以产生任何状态的GKP布洛赫球几乎相同的资源,这对魔术状态准备开销的影响。
2020-03-16 physics.optics quant-ph
Halving the Cost of Quantum Algorithms with Randomization
本研究将随机编译整合到量子信号处理(QSP)中提出随机量子信号处理算法,实现误差二次抑制,使基于QSP的量子算法查询复杂度渐近减半,并在多种量子算法中验证了效果。
2025-03-25 quant-ph
Copy-scarce learning of ground states
University of Tokyo(东京大学);Keio University(庆应义塾大学)
本研究在拷贝稀缺条件下,建立了基态拷贝数与哈密顿演化时间的最优权衡,提出并行催化读出协议,实现高效多可观测量估计与态重构,并显著降低端到端时间。
2026-10-01 quant-ph
Entanglement-minimized orbitals enable faster quantum simulation of molecules
针对强关联分子基态初始态重叠随系统尺寸指数衰减的问题,提出用自旋适配MPS寻找EMO的经典算法,大幅提升铁硫簇及固氮酶相关簇的初始态重叠。
2025-06-16 physics.chem-ph quant-ph
Optimal Hamiltonian simulation for time-periodic systems
时间演化算符$U(t)$的实现,称为哈密顿模拟,是量子计算机最有前途的应用之一。对于与时间无关的哈密尔顿算子,量子化最近建立了时间演化$U(t)=e^{-iHt}$的有效实现,在时间$t$和允许的误差$\varepsilon$两者上实现了最佳计算资源。相比之下,对于时间依赖性系统,由于难以处理时间依赖性,因此需要更大的成本。在本文中,我们建立了最佳/接近最佳的哈密顿模拟一般的时间依赖系统的时间周期性,称为Floquet系统。通过使用一个所谓的Floquet-Hilbert空间配备了辅助状态标记傅立叶指数,我们开发了一种方法,以确保获得目标的时间演化状态,而不依赖于时间顺序的产品或戴森级数展开。因此,查询的复杂性,它的措施,实现时间演化的成本,具有最佳和接近最佳的依赖性分别在时间$t$和逆误差$\varepsilon$,并变得足够接近qubitization。因此,我们的协议告诉我们,在一般的时间相关系统,时间周期系统提供了一个类访问的时间无关系统,尽管存在时间依赖性一样有效。由于我们还提供了应用程序的非平衡现象和绝热态制备的模拟,我们的结果将揭示在凝聚态物理和量子化学的非平衡现象,量子任务产生量子计算中的时间依赖性。
2023-03-23 cond-mat.other quant-ph