Multiple-copy state discrimination of noisy qubits
多副本状态鉴别是量子信息处理中的一项基本任务。如果有两个纯的非正交态,那么局域和集体方案都能达到赫尔斯特伦界限,即量子理论所允许的成功区分的最大概率。对于混合状态,已知只有集体方案可以最佳地执行,因此可以预期这些方案对准备噪声更具弹性。我们计算成功的概率为两个计划,一个本地和一个集体,在制度的不完善的准备保真度。我们发现了两个令人惊讶的结果。首先,两个方案收敛于相同的多拷贝限制,其小于1。其次,本地方案在所有情况下都表现得更好。这突出了一点,即在设计国家歧视计划时,应该考虑到噪音。
2019-06-26 quant-ph
Photon catalysis for general multimode multi-photon quantum state preparation
Sorbonne Université(索邦大学);Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, CNRS, ENS-Université PSL, Collège de France(卡斯特尔-布罗塞尔实验室,索邦大学,法国国家科学研究中心,巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学,法兰西公学院)
本文提出了一种基于光子催化机制,利用多端口干涉仪等设备实现任意多模式多光子态的精确制备,并验证了其在不同态类上的100%保真度。
2026-02-20 quant-ph
Lie algebraic invariants in quantum linear optics
Universidad de Valladolid(瓦拉多利德大学);Laboratory for Disruptive Interdisciplinary Science (LaDIS), Universidad de Valladolid(瓦拉多利德大学颠覆性跨学科科学实验室);Universitat Jaume I(卡洛斯一世大学)
研究无后选择量子线性光学中态制备的守恒量,给出李代数不变量作为精确和近似态制备的必要条件,可用于筛选不可能的光学演化。
2026-06-05 math-ph math.MP physics.optics
No-go theorems for sequential preparation of two-dimensional chiral states via channel-state correspondence
University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院物理研究所);Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California, Santa Barbara(加州大学圣塔芭芭拉分校卡弗里理论物理研究所);University of Pittsburgh(匹兹堡大学)
研究通过通道-状态对应关系揭示顺序制备二维手性态的限制,证明高斯费米子和通用相互作用系统中无法支持手性态的条件。
2025-11-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Matchgate circuit representation of fermionic Gaussian states: optimal preparation, approximation, and classical simulation
Technical University of Munich(慕尼黑工业大学);Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)(慕尼黑量子科学与技术中心);University of Nottingham(诺丁汉大学)
研究匹配门电路制备费米子高斯态的最优门数下界与饱和算法,并给出深度约束下的精确/近似制备条件及经典模拟新算法。
2026-07-01 quant-ph
Deriving robust noncontextuality inequalities from algebraic proofs of the Kochen-Specker theorem: the Peres-Mermin square
当一个度量与两个彼此不兼容的其他度量中的每一个兼容时,这些度量为给定的度量定义了不同的上下文。柯亨-斯派克定理排除了满足特定的上下文无关性假设的量子理论模型:精确的测量结果既确定又独立于它们的上下文。这种非语境性的概念不适合直接的实验测试,因为现实的测量总是有一定程度的不清晰,由于噪音。然而,已经提出了一个广义的非上下文性概念,它适用于任何实验程序,包括非锐化测量,也适用于准备,并且量子不通过结果仍然成立。根据这个概念,模型只需要以上下文无关的方式指定测量结果的概率分布,而不是指定特定的结果。它还意味着新的上下文无关的约束表示的准备。在这篇文章中,我们描述了一种通用的技术,用于将Kochen-Specker定理的证明转化为对现实实验统计的不等式约束,违反这种约束证明了非上下文模型的不可能性。我们专注于代数状态独立的证明,使用Peres-Mermin平方作为我们的说明性例子。我们的技术产生的必要和充分条件,一组特定的相关性(之间的准备和测量)承认一个非上下文模型。由此导出的不等式对噪声具有很强的鲁棒性。我们指定如何实验数据必须处理,以实现这些不等式的测试。我们还提供了一个批评先前的建议,实验测试的noncontextuality的基础上佩雷斯-Mermin广场。
2017-05-23 quant-ph
Exponentially-enhanced quantum sensing with many-body phase transitions
本文证明具有一阶量子相变的多体系统可实现灵敏度的指数增强,并通过Grover、p-spin和biclique三个模型验证该优势在考虑制备时间、中等退相干及自适应策略下仍然成立。
2025-06-04 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
Enhanced quantum metrology by criticality-assisted noncommutative preparation
Peking University(北京大学);Università di Milano(米兰大学);Hefei National Laboratory(合肥国家实验室);Shanxi University(山西大学)
本文提出了一种名为临界性辅助非交换制备(CANP)的框架,通过利用临界演化作为态制备资源,有效提升了量子 Fisher 信息,实现了量子计量的增强。
2026-05-20 quant-ph
Optimized entanglement for quantum parameter estimation from noisy qubits
对于$N$ -分量复合量子系统的参数估计,已知可分离制备导致均方估计误差缩放为$1/N$,而纠缠制备在某些条件下可以提供较小的误差与$1/N^2$缩放。然而,这种量子超效率对于噪声或退相干是非常脆弱的,并且通常在大$N$处随着任何少量的随机噪声渐近地消失。为了补充这一渐近表征,我们描述了如何估计效率演变的纠缠系统的大小$N$和它的纠缠度的函数。我们解决了量子比特相位估计的一般情况,也有意义的频率估计。退相干由与相位旋转交换的大类噪声表示,包括去极化噪声、相位翻转噪声和热量子噪声。在这些一般条件下,明确的表达式推导出的量子费舍尔信息量化的最终可实现的效率估计。我们面对在任何大小的$N$的最佳可分离制备的效率,与任意纠缠度的纠缠制备。我们展示了$1/N^2$超效率没有噪声,并证明其渐近消失在大$N$的任何非零噪声配置。为了最大限度地提高估计效率,我们描述了存在一个最佳的$N_{\rm opt}$的纠缠系统的大小以及最佳程度的纠缠。对于非单位噪声,最大效率通常在部分纠缠时获得。将$N$量子位嵌入到由$N_{\rm opt}$纠缠量子位形成的独立块中,在大的$N$上恢复了非零效率,该非零效率可以比最佳制备的$N$独立量子位的效率提高。纠缠探测器中的一个非活动量子位有时对估计最有效。
2019-04-03 quant-ph
Digital dissipative state preparation for frustration-free gapless quantum systems
Harvard University(哈佛大学);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
本研究提出一种数字耗散态制备方法,用于无激发间隙的量子系统,通过局部测量和反馈在多项式时间内制备高保真度基态,验证了其在多体系统中的有效性。
2026-03-10 cond-mat.quant-gas quant-ph
Dicke-state preparation through global transverse control of Ising-coupled qubits
本文提出利用全局横向控制脉冲与伊辛相互作用脉冲序列,在三量子比特系统中从 $|000\rangle$ 制备双激发迪克态 $|D^{3}_{2}\rangle$,并通过数值分析验证其鲁棒性,进而推广至 $N \ge 4$ 量子比特系统。
2023-07-07 quant-ph
Optimal tracking for pairs of qubit states
在经典控制理论中,跟踪是指对经典系统执行测量和反馈的能力,以便执行某些期望的动态。在本文中,我们研究了量子跟踪的一个简单版本,即,当系统可以以两种不同的方式准备时,我们研究如何将单个量子比特的状态最佳地转换为给定的目标状态,并且目标状态取决于准备的选择。我们提出了一个跟踪策略,被证明是最佳的任何输入和目标状态。在状态歧视,状态净化,状态稳定和状态依赖的量子克隆的背景下,现有的最优性结果恢复和扩展的应用。
2008-06-03 quant-ph
Algebraic Compression of Quantum Circuits for Hamiltonian Evolution
含时哈密顿量下的幺正演化是量子硬件模拟的关键组成部分。合成相应的量子线路通常是通过将演化分解为小的时间步长来完成的,也称为Trotterization,这导致电路的深度与步长的数量成比例。当电路元件被限制在SU(4)的子集时--或者等价地,当哈密顿量可以映射到自由费米子模型上时--存在几个恒等式来组合和简化电路。在此基础上,我们提出了一种算法,压缩到一个单一的块的量子门的特罗特步骤。这导致在一个固定的深度时间演化的某些类的哈密顿。我们明确地展示了这种算法如何适用于几种自旋模型,并展示了它的使用绝热态制备的横向场伊辛模型。
2021-08-20 cs.NA math.NA quant-ph
Gibbs state preparation through quantum decoding
IBM Research Europe - Zurich(IBM 欧洲苏黎世研究中心);École Polytechnique Fédérale de Lausanne(洛桑联邦理工学院);Institute for Quantum Information and Matter, California Institute of Technology(加州理工学院量子信息与物质研究所)
提出QD-HDQI算法,利用量子解码器制备吉布斯态,通过改进解码阈值降低可达温度,超越经典解码器限制。
2026-10-05 quant-ph
Phase transition of computational power in the resource states for one-way quantum computation
我们研究了在二维簇态(单向量子计算的通用资源态)的制备过程中,预示的量子比特损失如何影响其计算能力。在逾渗阈值以上,我们提出了一个多项式时间算法,它集中了一个通用的集群状态,使用的资源,规模最佳的原始晶格的大小。另一方面,低于逾渗阈值,我们表明,单量子比特的测量故障晶格可以有效地模拟经典。我们观察到一个相变的阈值时,在故障晶格的纠缠量直接相关的计算能力呈指数变化。
2008-02-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Algebraic Bethe Circuits
Bethe代数分析法(ABA)是统计力学和凝聚态物理中的一种非常成功的分析方法。在这里,我们将ABA转化为酉形式,以便在量子计算机上直接实现。这是通过使用QR分解将构成ABA的非酉$R$矩阵提取为酉矩阵来实现的。我们的算法是确定性的,工程的Bethe方程的实根和复根。我们在自旋$\frac{1}{2}$ XX和XXZ模型上说明了我们的方法。我们表明,使用这种方法可以在具有与之前最先进方法相匹配的量子资源的量子计算机上有效地制备XX模型的本征态。我们在IBM量子计算机上运行小规模的错误缓解实现,包括在$4$站点上为XX和XXZ模型准备基态。最后,我们利用酉矩阵导出了Yang-Baxter方程的一种新形式,并在量子计算机上进行了验证。
2022-09-06 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el hep-th
Noise-Aware Synthesis of Quantum LDPC Encoder Circuits via Two-Sided Hamming Descent
University of Minnesota(明尼苏达大学)
研究将量子LDPC编码器制备作为电路再合成问题,提出双边汉明下降优化方法及噪声感知优化流程,能生成更小、更浅电路,降低门数和两比特深度,提升保真度,是有效编译器级工具。
2026-07-07 cs.ET cs.IT math.IT
Exact large deviations and emergent long-range correlations in sequential quantum East circuits
University of Cambridge(剑桥大学);University of Birmingham(伯明翰大学);University of Nottingham(诺丁汉大学)
研究通过大偏差理论分析量子东电路边界测量生成的长程相关态,揭示了其 fractal 结构及有限的两体相关性。
2025-09-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal (controlled) quantum state preparation and improved unitary synthesis by quantum circuits with any number of ancillary qubits
本文针对受控量子态制备和酉合成问题,构造了深度与规模最优或接近最优的量子线路,利用任意数量辅助量子比特,实现了时间-空间权衡,并显著缩小了酉合成的复杂度差距。
2023-05-16 quant-ph
Rigorous no-go theorems for heralded linear-optical state generation tasks
The University of Queensland(昆士兰大学);Griffith University(格里菲斯大学);Technical University of Denmark(丹麦技术大学);Freie Universität Berlin(柏林自由大学)
本文研究了利用线性光学和辅助光子测量生成离散变量量子态的挑战,通过代数几何中的Nullstellensatz算法证明了某些任务的不可行性,为光学态和门的物理资源需求提供了下界。
2026-02-10 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
Empirical learning of dynamical decoupling on quantum processors
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);IBM Quantum, IBM Thomas J. Watson Research Center(IBM量子,IBM托马斯·J·沃森研究中心)
本文提出通过经验学习算法优化量子处理器上的动态解耦策略,提升错误抑制效果,适用于不同规模和复杂度的量子电路。
2025-01-02 quant-ph
Constant Depth Digital-Analog Counterdiabatic Quantum Computing
Kipu Quantum GmbH(基普量子有限公司)
本研究提出了一种数字-模拟量子计算方法,通过恒定深度电路实现高效反迪阿布拉特协议,提升量子态准备的资源效率。
2026-01-03 quant-ph
Universality of Quantum Gates in Particle and Symmetry Constrained Subspaces
King's College London(伦敦国王学院);Azulene Labs(Azulene实验室)
本文通过李代数技术证明了在约束子空间中,硬件高效门可实现状态制备的通用性,通过Pauli Z dressing机制将多平面旋转分解为单平面生成元,从而保证了通用性。
2026-10-05 cond-mat.str-el hep-th quant-ph
Commuting Embeddings for Parallel Strategies in Non-local Games
University of Tennessee, Chattanooga(田纳西大学查塔诺加分校);Oak Ridge National Laboratory(橡树岭国家实验室)
通过引入代数嵌入和交换嵌入条件,提出两种压缩方法以减少并行非局域游戏所需的量子比特资源,并利用李理论中的Cartan分解实现构造。
2025-10-17 math-ph math.MP quant-ph
Efficient and robust estimation of many-qubit Hamiltonians
描述量子力学系统的相互作用和动力学特性是量子技术发展中的一项重要任务。我们提出了一个有效的协议的基础上估计的时间导数的几个量子比特可观的多项式插值的特征的基础上的哈密顿动力学和马尔可夫噪声的多量子比特设备。对于有限范围的动态,我们的协议指数放松必要的时间分辨率的测量和二次方降低了整体样本的复杂性相比,以前的方法。此外,我们表明,我们的协议可以描述系统的动力学代数衰减的相互作用。该协议的实现只需要准备产品状态和单量子位测量。此外,我们开发了一个阴影层析成像方法的量子信道,是独立的利益。该协议可用于并行化以学习哈密顿量,使其适用于当前和未来量子设备的表征。
2022-11-15 quant-ph
Cartan-Khaneja-Glaser decomposition of $SU(2^n)$ via involutive automorphisms
QuIIN - Quantum Industrial Innovation, EMBRAPII CIMATEC Competence Center in Quantum Technologies, SENAI CIMATEC(QuIIN-量子工业创新,EMBRAPII CIMATEC量子技术能力中心,SENAI CIMATEC)
本文提出了一种新的算法,用于分解SU(2^n)中的酉矩阵,克服了原有方法中依赖于不明确的矩阵对数和截断BCH级数收敛问题的限制,利用反交换自同构的代数结构和对称李代数分解,实现了稳定且递归的因子分解过程。
2026-02-22 quant-ph