Control limit on quantum state preparation under decoherence
量子信息技术需要仔细控制以生成和保持期望的目标量子态。当然，最大的实际障碍是退相干。因此，可达性分析，在我们的场景中，旨在估计退相干下的受控状态和目标状态之间的距离，是非常重要的，以评估这些技术的现实性能。本文给出了在退相干过程和几种反馈控制作用下，一般开放马尔可夫量子系统基于量子距离的一个下界。下限是直接计算的，并且可以用作选择目标状态的指导，如在一些示例中所示。此外，该下限还被应用于一些基于大尺寸原子系综的量子精密测量问题的理论极限。
2019-05-29 quant-ph
Simple and efficient end-to-end quantum thermal and ground state preparation
University of Michigan（密歇根大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；AWS Center for Quantum Computing（亚马逊量子计算中心）；University of California, Berkeley（加利福尼亚大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出基于系统-环境相互作用的高效量子热态和基态制备算法，通过设计环境和相互作用哈密顿量，实现端到端高效制备并提供理论保证。
2026-08-13 quant-ph
Reliable Quantum Certification of Bosonic Code Preparations
玻色子容错量子计算需要准备玻色子码态，如猫态和GKP态，这些状态具有高保真度和可靠的量子证明。虽然已经提出了许多关于制备这些态的建议，但很少有人研究如何可靠地证明这些实验态。在本文中，我们开发的方法来证明是否一个连续变量的状态落在一定的玻色子量子比特码空间检测证人使用高斯测量。我们的结果可以应用于各种猫码的证明，包括两分量猫态，四分量猫态，压缩两分量猫态以及Gottesman-Kitaev-Preskill码。然后，我们进一步将该方法应用于基于连续变量泛容错测量的量子计算中的资源状态认证，以及瞬时量子多项式电路的量子输出，以证明量子优越性.我们的方法的样本复杂度是有效的模式的数量，所以显着减少开销相比，量子态层析成像在多模式量子态的认证。
2022-11-30 quant-ph
Comparing Classical and Quantum Ground State Preparation Heuristics
针对经典基态制备方法在大规模系统中效率下降的问题，研究量子启发式GSP方法，通过权衡重叠值提升与T门资源成本，证明其能加速中等规模强相关系统的GSEE任务并降低运行时需求。
2024-01-10 quant-ph
Exponentially faster preparation of quantum dimers via driven-dissipative stabilization
National University of Singapore（新加坡国立大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；A*STAR (Agency for Science, Technology and Research)（新加坡科技研究局）
提出一种利用时间依赖驱动和一维耗散浴实现多体纠缠态快速制备的方案，相比现有方法在保真度趋近1时获得指数级加速，且协议时间与系统大小无关。
2024-07-29 quant-ph
Relaxation vs. adiabatic quantum steady state preparation: which wins?
在封闭系统极限下绝热制备多体哈密顿量的基态是绝热量子计算的核心，但实际上系统总是开放的。这激发了一个自然的比较，一方面，绝热制备的稳态的Lindbladian发电机，另一方面，放松到相同的稳态受到最终Lindbladian的绝热过程。因此，在这项工作中，我们采用的角度来看，目标是最有效的可能准备这样的稳态，而不是基态。利用已知的开放系统绝热定理和混合时间的严格界限，我们得到了一个令人不安的结论，这个结论起初似乎注定了建立物理量子退火机的努力：弛豫似乎总是比绝热准备收敛得更快。然而，通过仔细估计绝热准备时间Lindbladians描述热化在低温极限，我们表明，毕竟，有空间的绝热加速松弛。为了测试绝热制备时间和弛豫时间的解析推导边界，我们数值研究了三种模型：耗散准自由费米子链，耦合到热浴的单个量子比特，以及耦合到热浴的$n$量子比特的“尖峰”问题。通过这些模型，我们发现，“哪个赢”的问题的答案取决于每个模型的温度和系统浴耦合强度。在“尖峰”问题的情况下，我们发现，在绝热演化过程中的放松起着重要的作用，在确保加速的最后一个时间放松过程。因此，弛豫辅助绝热制备可以比纯绝热演化和纯弛豫两者更有效。
2017-04-04 quant-ph
Classical Communication Cost in Distributed Quantum Information Processing - A generalization of Quantum Communication Complexity
我们研究了分布式量子信息处理所需的经典通信量。特别地，我们引入了量子态的“远程制备”的概念。给定一组状态，爱丽丝的任务是帮助在遥远实验室的鲍勃准备她选择的状态。我们发现了几个例子的合奏熵S的远程准备可以做的通信成本低于标准的隐形传态所需的量（2S）。我们推测，对于任意的N维纯态，其远程制备需要2log_2N比特的经典通信，如在标准的隐形传态。
2000-04-14 quant-ph
Approximating Unitary Preparations of Orthogonal Black Box States
在本文中，我朝着回答以下问题迈出了一步：对于计算m个正交n量子比特状态的m个不同的小电路，是否有一个小电路将m个计算基态映射到这m个状态，而不需要任何输入，留下任何辅助比特改变。虽然这看起来很简单，但在任何输入（即使是我们关心的m以外的输入）上，辅助位总是返回到0的约束使我使用了复杂的技术。我给出了这样一个酉在m = 2的情况下，在近似误差中具有大小多项式的近似，以及量子比特数n。
2019-06-23 cs.CC quant-ph
Control limit for the quantum state preparation under stochastic control errors
本文推导了随机控制误差下封闭量子系统保真度的下界，揭示了可达与不可达集合，并定量评估了获得目标状态的概率。
2023-08-31 quant-ph
Model predictive control for robust quantum state preparation
量子技术的一个关键工程挑战是量子动力学的精确控制。基于模型的最优控制方法已被证明是非常有效的，当理论和实验密切配合。因此，用基于模型的控制实现高保真量子过程需要仔细的器件表征。在基于冷原子的量子处理器中，哈密顿量可以很好地表征。对于在毫开尔文温度下工作的超导量子比特，哈密顿量没有很好的表征。物理学（即，模式差异）、相干干扰和增加的噪声损害了传统的基于模型的控制。本工作介绍了模型预测控制（MPC）的量子控制应用。MPC是一种闭环优化框架，它（i）通过引入测量反馈继承了自然的干扰抑制程度，（ii）利用基于有限时域模型的优化来控制状态和输入约束下的复杂多输入多输出动态系统，以及（iii）足够灵活，可以与其他现代控制策略协同发展。我们展示了如何MPC可以用来产生实际的优化控制序列的量子态制备的代表性例子。具体来说，我们证明了一个量子位，弱非谐量子位，和一个系统发生串扰，MPC可以实现成功的基于模型的控制，即使当模型是不够的。这些例子展示了为什么MPC是量子工程控制套件的重要补充。
2022-10-11 quant-ph
Trading Imaginary Time for Randomness in Ground State Preparation
Harvard University（哈佛大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究提出扭转虚时间演化（TITE），用随机实时间演化替代一半虚时间，二次降低基态制备的成本，在不可积伊辛链的噪声模拟中性能优于标准虚时间演化（ITE）。
2026-08-04 quant-ph
Fast and high-fidelity state preparation and measurement in triple-quantum-dot spin qubits
该研究在Si/SiGe三量子点自旋量子比特中实现了快速高保真度的态制备与测量，通过全电学控制达到2.5×10⁻³的不保真度，为可扩展量子计算奠定基础。
2022-01-28 quant-ph
High Fidelity Noise-Tolerant State Preparation of a Heisenberg spin-1/2 Hamiltonian for the Kagome Lattice on a 16 Qubit Quantum Computer
本文提出在IBM 16量子比特Gudalupe处理器上利用VQE抗噪制备Kagome晶格Heisenberg自旋1/2哈密顿量基态，实现低于1%的保真度偏差和98%以上成功率，并支持扩展。
2023-07-13 cs.ET quant-ph
Quantum Multiplexer Simplification for State Preparation
提出一种检测量子态可分解性并简化量子多路复用器控制的算法，降低QSP电路深度和CNOT门数，提升编译与运行效率。
2025-10-09 cs.ET quant-ph
A practical transmitter device for passive state BB84 quantum key distribution
针对制备-测量型QKD系统发射端复杂度高、成本高且易受侧信道攻击的问题，提出全被动态制备方案，将态制备与QRNG整合，用增益开关激光二极管的脉冲作量子比特，简化发射端结构，经10公里光纤实验验证密钥率达110比特/秒，可满足城域“最后一公里”部署需求，推动QKD普及。
2024-05-14 quant-ph
Simulating lossy and partially distinguishable quantum optical circuits: theory, algorithms and applications to experiment validation and state preparation
针对量子光学实验中噪声建模的计算难题，本文提出指数时间算法计算粗粒度光子数分布，显著加速并提升了Fock和Gaussian玻色子采样器的验证精度，并解锁了大规模光子线路的精确模拟。
2025-08-13 quant-ph
Efficient characterization of general Gottesman-Kitaev-Preskill qubits
Palacký University（帕拉茨基大学）
提出一族半正定厄米算符，每个算符对应逻辑Bloch球上一点，其唯一零本征值基态为理想GKP量子比特态，通过仅三次正交测量即可评估，用于高效表征和优化任意逻辑GKP态。
2026-05-24 quant-ph
Ground State Preparation via Qubitization
本文提出一种基于 qubitization 过程的量子算法，通过构造电路近似实现虚时演化算符 $e^{-τH}$，从而在量子计算机上制备 Hamiltonian 的基态，并在横向场 Ising 模型和单量子比特玩具模型上验证了该方法。
2023-06-26 hep-th quant-ph
Engineering quantum Mpemba effect by Liouvillian skin effect
School of Physics and Electronics, Hunan University（湖南大学物理与电子学院）
通过李维illian皮肤效应实现量子Mpemba效应，无需精细调节初始态，提供直观理解与实验制备路径。
2026-01-28 quant-ph
On quantum invariants and the graph isomorphism problem
三个新的图形不变量的介绍，这可能是衡量从量子图形状态和形式的框架下，可以构建其他图形不变量的例子。每个不变量都是基于区分不同数量的量子位。这是通过对要区分的量子位应用交替测量来完成的。这些不变量的性能进行评估，并与经典的不变量。我们验证了不变量可以区分所有的非同构图与9个或更少的节点。不变量也被应用到“经典硬”强正则图，成功区分所有强正则图的29个节点，并初步加权图。我们已经发现，虽然它是可能的准备状态与多项式数量的操作，所需的准备区分非同构图状态的平均数量与节点的数量呈指数级。到目前为止，我们还无法找到可靠的比较图形和减少所需的准备工作的数量，以可行的水平的运营商。
2019-04-25 quant-ph
Multi-qubit gates protected by adiabaticity and dynamical decoupling applicable to donor qubits in silicon
我们提出了一种生产多量子比特门的策略，保证高保真度，最小的调谐要求。我们的策略结合了绝热定理的间隙保护与动态解耦的互补方式。为了避免简并状态并最大化间隙保护的好处，该方案最适合当存在两种不同类型的量子位（不相互谐振）时。此外，我们需要控制空间中的鲁棒操作点，其中量子位相互作用对噪声几乎不敏感。这允许我们规避阻止块盒动态校正门的No-Go定理[Phys.Rev.A80，032314（2009）]。我们展示了如何将我们的策略应用到Si中的P供体架构中，我们假设我们可以在不同的供体之间穿梭电子。电子自旋充当移动辅助量子位，P核自旋充当长寿命数据量子位。该系统可以具有非常鲁棒的操作点，其中电子自旋在二次斯塔克位移机制中与供体结合。高保真度单量子位门可以使用良好建立的全局磁共振脉冲序列来执行。单电子自旋的制备和测量也得到了证实。把这一切放在一起，我们提出了一个强大的通用量子计算门集。
2015-10-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Preparation and decay of a single quantum of vibration at ambient conditions
机械振荡器的单量子激发是量子物理学原理的教科书示例。尽管机械振荡器在自然界和现代技术中普遍存在，但一般不存在于激发的Fock态。在过去的几年里，GHz频率纳米级振荡器的仔细隔离使实验人员能够在毫开尔文温度下制备这种状态。这些发展说明了量子力学的基本预测和观察这些预测所需的极端条件下的复杂实验之间的紧张关系，量子力学的基本预测应该适用于即使在环境条件下也存在的所有机械振荡器。我们解决的紧张局势，通过创建一个单一的Fock状态的振动模式的晶体在室温下使用的技术，可以应用于任何拉曼活性系统。用飞秒激光脉冲激发金刚石块体，探测到Stokes位移光子后，在Fock态$|1>$中以$98.5\%$几率制备出40 THz拉曼激活内振动模。振动状态由随后的脉冲读出，当进行Hanbury-Brown-Twiss强度相关测量时，揭示了振动模式的亚泊松数统计。通过控制两个脉冲之间的延迟，我们能够见证的振动Fock态在其$3.9$ ps寿命在室温下的衰减。我们的技术是不可知的特定的选择规则，因此应适用于任何拉曼活性介质，打开一个新的通用方法的实验研究的量子效应有关的振动自由度的分子和固态系统。
2019-10-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Precision tomography of a three-qubit donor quantum processor in silicon
核自旋是最早被考虑用于量子信息处理的物理平台之一，因为它们具有特殊的量子相干性和原子尺度的足迹。然而，它们用于量子计算的全部潜力尚未实现，这是由于缺乏将可扩展设备内的核量子位与具有足够保真度的多量子位操作相结合以维持容错量子计算的方法。在这里，我们展示了通用的量子逻辑操作使用一对离子注入的31 P施主核在硅纳米电子器件。通过对共享自旋的电子施加一个几何相位，得到了一个核双量子比特控制Z门，并利用它制备了纠缠态的Bell态，量子效率达到94.2（2.7）%.量子操作使用门集层析成像（GST）精确表征，产生高达99.95（2）%的单量子位平均门保真度，99.37（11）%的双量子位平均门保真度和98.95（4）%的双量子位制备/测量保真度。这三个指标表明，硅中的核自旋正在接近容错量子处理器所需的性能。然后，我们通过产生具有92.5（1.0%）保真度的Greenberger-Horne-Zeilinger三量子比特态来证明两个核和共享电子之间的纠缠。由于半导体中的电子自旋量子比特可以进一步耦合到其他电子或物理穿梭于不同的位置，这些结果为使用施主核和电子自旋的可扩展量子信息处理建立了可行的路线。
2022-01-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Emission from Coupled Spin Pairs in Hexagonal Boron Nitride
本研究利用从头算计算提出 hBN 中量子发射体的施主—受主对模型，解释其光谱、寿命与稳定性差异及 S=1/2 受主的 ODMR 起源。
2024-09-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Universal control of a six-qubit quantum processor in silicon
未来能够解决相关问题的量子计算机将需要大量可以可靠运行的量子比特。然而，具有大量子位计数和以高保真度操作的要求通常是冲突的。半导体量子点中的自旋显示出长期的前景，但到目前为止，演示使用1到4个量子位，并且通常优化单量子位或双量子位操作或初始化和读出的保真度。在这里，我们增加了量子位的数量，同时实现了普遍操作，状态准备和测量的可观的并行性。我们设计，制造和操作一个六量子位处理器，专注于仔细的哈密顿工程，在一个高层次的抽象编程的量子线路和高效的背景校准，所有这些都是必不可少的，以实现这个扩展系统的高精度。状态准备将测量初始化和实时反馈与量子非破坏测量相结合。这些进展将允许测试越来越有意义的量子协议，并构成迈向大规模量子计算机的主要垫脚石。
2022-02-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Computation with Ballistic Electrons
我们描述了一个固态实现的量子计算机使用弹道单电子作为飞行量子比特在一维纳米线。我们展示了如何实现通用量子计算所需的所有步骤：初始状态的准备，最终状态的测量和一组通用的量子门。这种模型的一个重要优点是，我们不需要超快的光电子门操作。我们使用冷编程（或预编程），即，在发射电子之前设置栅极;可以仅使用静态电场来完成所有编程。
2000-11-13 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph quant-ph
An Algorithm for Quantum Computation of Particle Decays
一个量子算法被开发来计算衰变率和截面，使用量子资源，在系统大小中按多项式缩放，假设状态准备和时间演化的缩放类似。这是通过在量子硬件上计算有限体积的单粒子和双粒子格林函数来完成的。粒子衰变率和两个粒子散射截面提取的格林函数的虚部。一个$0+1$维实现这种方法被证明在IBM的超导量子硬件的一个重标量粒子的衰变到一对轻标量。
2020-10-07 hep-lat hep-th nucl-th
