Decoherence, entanglement, and information in the electron double-slit experiment with monitoring
本文提出了一个路径被监测的电子双缝实验的理论模型，通过质子对电子的库仑散射实现监测，并利用简单的量子力学计算揭示了纠缠与相干性损失的关系，以及干涉可见度与测量信息间的权衡，旨在为高年级本科生提供量子信息见解。
2025-06-30 quant-ph
Measurement-induced decoherence and information in double-slit interference
双缝实验提供了量子物理中干涉和观察效应的经典例子。当粒子单独穿过一对狭缝时，会产生一种波状干涉图样，但当观察粒子所走的“路径”时，就不会发现这种干涉。我们提出了一个模型的干涉，退相，测量引起的退相干在一个一维版本的双缝实验。使用这个模型，我们演示了如何在系统中的干扰损失与测量仪器/观察员的信息增益。在这样做的时候，我们给出了一个现代的测量帐户，在这个典型的例子，量子物理学，是访问的学生在研究生或高级本科水平的量子力学。
2016-06-30 quant-ph
Divisibility and Information Flow Notions of Quantum Markovianity for Noninvertible Dynamical Maps
我们分析了CP-整除性和缺乏信息回流的任意-不一定可逆-动态映射之间的关系。众所周知，CP整除总是意味着缺乏信息回流。此外，这两个概念对于可逆映射是等价的。在这封信中，它表明，对于一个地图是不可逆的信息回流的缺乏总是意味着存在的完全正（CP）的传播，然而，不需要是保迹的。有趣的是，对于{ \em宽类图像非增动态映射}，该传播子也变得保迹，因此缺乏信息回流意味着CP可除性。这一结果揭示了新的光到结构的时间本地发电机引起CP可分的演变。我们表明，如果地图是不可逆的，然后积极的耗散/退相干率不再是必要的{CP-}整除。
2018-08-28 math-ph math.MP quant-ph
Gapped Quantum Criticality Gains Long Time Quantum Correlations
我们表明，有间隙的临界环境可以显著地防止临界点处的退相干因子和量子关联的增强衰减，这与无间隙临界环境中的退相干因子和量子关联的增强衰减有很大的不同（Quan，et.al Phys.Rev.Lett. \textbf{96}，140604（2006））。量子关联在临界点处快速衰减到局部最小值，而在远离该点处发生最大衰减。特别是，我们的研究结果意味着，崩溃的退相干因子是不是一个量子相变的环境，而不是发生在一个无间隙的临界指标。在弱耦合区，弛豫时间，在那里的量子关联迅速触及局部极小值，显示出幂律奇异性作为间隙的函数。此外，量子关联随弛豫时间的二次幂指数衰减。我们的结果对于更好地理解和表征能隙临界环境及其在开放量子系统中作为纠缠子的能力具有重要意义。
2015-07-08 quant-ph
Decoherence of a 2-Path System by Infrared Photons
本研究计算带电粒子在干涉仪中因光子发射的退相干，分析不同阶软光子的量子信息含量，发现红外修整后领头阶无退相干贡献，次领头阶贡献仅依赖干涉仪尺寸，并探讨相关实验验证可能性。
2024-05-16 hep-th quant-ph
A simple quantum equation for Decoherence and dissipation (through interaction with the environment)
在密度矩阵的形式下，通过引入时间的量子（chronon），给出了一种简单的解相干方法，即用有限差分形式的微分Liouville-von Neumann方程代替微分Liouville-von Neumann方程，从而给出了用一个简单的量子方程来描述耗散引起的解相干效应的可能性.也就是说，仅仅引入（不是“时间晶格”，而是简单地）“计时子”就可以让我们从微分方程转到有限差分方程;特别是写下量子理论方程（薛定谔方程，刘维-冯诺依曼方程，......）有三种不同的方式：“迟钝”，“对称”，和“先进”。这三个公式之一--延迟公式--用一种基本的方式描述了一个与环境交换（和损失）能量的系统;在其密度矩阵版本中，事实上，可以很容易地表明，所有非对角项都非常迅速地变为零。[电子版quant-ph/9706059和预印本IC/98/74对本文所依据的理论基础作了更详细的介绍;的里雅斯特，1998年]。
2002-09-01 quant-ph
If no information gain implies no disturbance, then any discrete physical theory is classical
有人认为，自然界可以是离散的，在这个意义上，物理系统的底层状态空间只有有限数量的纯态。例如，单个量子比特的布洛赫球可以离散成小块，并且由于实验的限制，我们只能看到圆形。在这里，我们提出了一个强有力的物理论据，量子理论的性质，每个状态空间（即使是最小的可能的一个，量子位）有无限多个纯态。我们提出了一个简单的物理假设，它表明，事实上唯一可能的离散理论是经典力学。更具体地说，我们假设没有信息增益意味着没有干扰，或者在反置中读，干扰导致某种形式的信息增益。在像量子力学这样的理论中，我们已经知道相反的情况成立，即信息增益确实意味着扰动，这可以理解为假设扰动和信息增益之间是等价的。更重要的是，我们表明，非经典的离散理论仍然被排除，即使我们放松的假设，只有大约在这个意义上，没有信息增益只会导致少量的干扰。最后，我们的假设也排除了流行的推广，如PR盒，允许非局域相关超出量子理论的限制。
2013-07-22 quant-ph
Martingale Projections and Quantum Decoherence
Goldsmiths University of London（伦敦大学金史密斯学院）；University College London（伦敦大学学院）
本文通过超/亚鞅投影理论，揭示了开放量子系统中系统-环境相互作用导致退相干与信息增益的机制。
2026-02-03 cs.IT math.IT math.PR
Understanding Stabilizer Codes Under Local Decoherence Through a General Statistical Mechanics Mapping
本研究通过两种方法构建稳定子码退相干基态矩到经典统计力学模型的映射，证明信息容量度量对应热力学量，分析了3D toric code等的解码阈值，揭示了映射的去规范性质。
2024-03-06 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Emergence of the Classical from within the Quantum Universe
退相干显示了量子系统的开放性--与环境的相互作用--如何抑制量子性的公然表现。Einselection解释了首选准经典指针态的出现。量子达尔文主义超越了退相干。它假定由负责退相干的监测环境获得的信息以许多副本在环境中传播，因此观察者可以访问。观察者利用环境作为交流渠道获取信息的这种间接性质，是客观经典实在从量子基底中显现出来的机制：感兴趣的系统的状态不受获取信息的主体的直接测量（因此，不受扰动）。因此，它们可以不受观察者获得的信息的影响而存在。
2021-07-07 quant-ph
Complementarity between decoherence and information retrieval from the environment
针对开放量子系统中从环境提取信息的基本限制问题，推导出无反冲极限下的量子-经典混合解，应用于Caldeira-Leggett模型时揭示了可区分性长度与量子Fisher信息核，为间接观测精度设定了限制。
2024-03-24 quant-ph
Information Extraction from Decohering Systems via Indirect Continuous Measurement
在这篇文章中，我们讨论了一个通用的信息提取方案，以获得知识的状态和退相干量的基础上间接连续测量。这种信息提取的目的是确定反馈，以便基于由双线性形式描述的“输出方程”来控制退相干。用控制系统的相互作用双线性形式代替主方程来分析系统的动态特性。对相干量子系统的连续测量分析还没有得到广泛的研究。
2006-12-06 quant-ph
Measurement-free topological protection using dissipative feedback
保护量子信息不受环境噪声的影响是容错量子计算的关键。为此，标准量子纠错采用单个粒子的平行投影测量，这使得系统极其复杂。在这里，我们提出了在二维测量自由拓扑保护没有任何选择性解决个别粒子。我们利用工程耗散动力学和反馈操作来减少由退相干产生的熵，从而在拓扑上保护量子信息。我们计算一个错误阈值，低于该阈值，量子信息被保护，而不假设选择性寻址，投影测量，也不是瞬时经典处理。所有的物理操作都是局部的和几何不变的，并且不需要并行的投影测量，这意味着高的可扩展性。此外，由于我们利用的工程耗散动力学已经在量子模拟中得到了很好的研究，该方案可以是一个有前途的路线从量子模拟到容错量子信息处理。
2014-01-24 cond-mat.str-el quant-ph
Exceptional point induced quantum phase synchronization and entanglement dynamics in mechanically coupled gain-loss oscillators
School of Nanoscience and Technology, IIT Kharagpur（IIT 哈格普尔理工学院纳米科学与技术学院）；Electronics and Electrical Communication Engineering Department, IIT Kharagpur（IIT 哈格普尔理工学院电子与电气通信工程系）；School of Natural and Computing Sciences, University of Aberdeen（阿伯丁大学自然与计算科学学院）
研究机械耦合增益-损耗振荡器中量子相同步与双变量高斯纠缠的关系，揭示异常点在产生自维持振荡及诱导鲁棒量子相关性中的作用，通过机械压缩和相空间旋转验证实验结果。
2023-09-12 quant-ph
Approximate reversibility in the context of entropy gain, information gain, and complete positivity
物理学中有几个不等式限制了我们处理物理系统以实现某些预期目标的程度，包括热力学第二定律，量子信息理论中的熵界和量子力学的不确定原理。最近的结果提供了物理上有意义的增强这些限制声明，确定如何以及可以尝试扭转一个不可逆的过程。在本文中，我们应用和扩展这些结果，给几个熵不等式，有做的熵增益，信息增益，熵扰动，和完全正性的开放量子系统动力学的强增强。我们的第一个结果是量子信道的熵增益的余项。这个结果意味着在subunital通道的作用下熵的小的增加证明了通道的伴随可以用作恢复图以撤销原始通道的作用的事实。我们的第二个结果是关于量子测量的信息增益，包括没有和有量子边信息的情况。我们在这里发现，一个小的信息增益意味着它是可能的撤销的原始测量的行动，如果它是有效的。这一结果也对信息论任务产生了操作上的影响，这些任务被称为不带和带量子边信息的测量压缩。我们的第三个结果表明，当且仅当噪声可以被平均地近似校正时，由噪声信道对量子态的输入系综的作用引起的Holevo信息的损失是小的。最后，我们建立了系统-环境相互作用的约化动力学是近似完全正的和保迹的当且仅当数据处理不等式近似成立。
2016-05-23 quant-ph
Objectivity Through State Broadcasting: The Origins Of Quantum Darwinism
量子力学是最成功的理论之一，它正确地预言了大量的物理现象。具有讽刺意味的是，尽管它取得了所有的成功，但有一个臭名昭著的问题：大自然如何建立一座从脆弱的量子到日常经验的强大客观世界的“桥梁”？目前，人们普遍认为，最有前途的方法是退相干理论，基于系统-环境范式。为了解释经典领域中观察到的信息冗余和客观性，Zurek提出将环境划分为独立的部分，并认为每个部分都携带着关于系统的几乎完整的经典信息。然而，这个量子达尔文主义模型有一些严重的缺点：i）熵信息冗余是由先验的纯经典推理所激发的; ii）没有回答这个基本问题：什么物理过程使得从量子描述到经典客观性的转变成为可能？本文证明了一个状态客观存在的充分必要条件是频谱广播过程，这一过程特别蕴涵了量子达尔文主义。我们首先展示了它的一般情况下，使用多环境范式，一个合适的定义的客观性，和玻尔的概念的非干扰，然后在退相干理论的象征性的例子：光子照明的介质球。我们还应用Perron-Frobenius定理展示了一个忠实的，“无退相干”的广播形式。我们认为，频谱广播可能是自然界的基本属性之一，它为生命过程打开了一扇“窗户”。
2013-06-06 quant-ph
Information-theoretic equilibration: the appearance of irreversibility under complex quantum dynamics
当基础力学理论是可逆的时，不可逆性如何作为一种普遍现象出现的问题一直是经典力学和量子力学的一个长期存在的基本问题。我们描述了一种机制的外观不可逆性，适用于相干，孤立系在一个纯量子态。这种平衡机制只需要假设足够复杂的内部动力学和自然的信息理论的约束所产生的不可行的收集天文数字量的测量数据。值得注意的是，我们能够证明，不可逆性可以被理解为典型的，而不需要假设退相干或限制到粗粒度的可观测量，因此发生在不同的条件和时间尺度比通常的退相干的观点所暗示的。我们在几个模型系统中数值说明了这种效应，并证明了这种效应在复杂量子系统的标准随机矩阵猜想下是典型的。
2013-09-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Study of Quantum Error Correction by Geometric Algebra and Liquid-State NMR Spectroscopy
量子纠错码能够保护包含在量子态中的信息不受由于外部扰动引起的退相干的影响。应用于NMR，量子编码不会改变正常的弛豫，而是将"数据“自旋的状态转换为涉及额外辅助自旋的多个量子相干性。这些多个量子相干性以不同的速率松弛，从而允许通过以适当的方式将它们混合在一起来近似地重建数据的原始状态。本文描述了一个简单的三比特量子码在乘积算符形式下的运算，并利用几何代数方法得到了在外部随机场中存在任意关联时的纠错后的衰减曲线.这些预测都证实了在完全相关和不相关的情况下，13 C-标记的丙氨酸的液态NMR实验，使用梯度扩散方法来实现这些理想化的退相干模型。弱极化系统中的量子纠错要求辅助自旋相对于数据自旋以伪纯态制备，这导致信号损失超过通过纠错的任何潜在增益。然而，这项研究表明，量子编码可以用来验证理论退相干机制，并提供详细的信息相关的基础NMR弛豫动力学。
2000-04-07 quant-ph
A simple example of "Quantum Darwinism": Redundant information storage in many-spin environments
随着量子信息科学接近构建量子计算机的目标，理解退相干导致的信息丢失变得越来越重要。可以从其环境中获得的关于系统的信息可以促进量子控制和纠错。此外，观察者通过监测（主要是光子）“感兴趣的物体”的环境来间接获得大部分信息。这些信息究竟是如何铭刻在环境中的，对于从量子基底中出现“经典”是至关重要的。在本文中，我们研究了多量子位（或多自旋）环境如何存储有关单个系统的信息。丢失到环境中的信息可以冗余地存储，或者可以以环境的纠缠模式进行编码。我们继续表明，随机选择的环境状态几乎总是编码的信息，使观察者必须捕获的大部分环境推断系统的状态。相反，在典型的退相干过程所产生的状态中，关于系统的特定可观测量的信息被冗余地存储。这种“最适合的信息”的选择性扩散（称为量子达尔文主义）在选择宏观系统的首选、有效的经典观测量方面起着关键作用。环境不仅仅是一个垃圾场，而且是一个交流渠道，这一认识的发展使我们对环境在量子-经典跃迁中的作用的理解超越了传统的退相干范式。
2004-08-23 quant-ph
Parameterizing density operators with arbitrary symmetries to gain advantage in quantum state estimation
在这项工作中，我们将展示如何参数化一个密度矩阵，具有任意对称性，已知的生成元的李代数（如果对称群是一个连通李群）或其基础组（如果它是有限的）的生成元。这允许将MaxEnt和MaxLik估计技术作为凸优化问题，其中所涉及的函数的参数数量大幅减少。这意味着，除了由于在减小的空间中执行优化的事实而产生的计算优势之外，还可以减少良好估计密度矩阵所需的实验数据量。此外，我们进行了数值实验，并将这些参数化应用于不同对称性态的量子态估计。
2022-08-13 quant-ph
