Fermionic versus Spin Baths in non-Interacting Transport Models
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；TU Dortmund（多特蒙德工业大学）；Heriot-Watt University（赫瑞-瓦特大学）
本文通过精确对角化和微扰展开，比较非相互作用输运模型中费米子浴与自旋浴的动力学差异，发现高阶项导致两者不同，并指出在马尔可夫区域两者可互换。
2025-10-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sluggish quantum mechanics of noninteracting fermions with spatially varying effective mass
Laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎西岱大学）；International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）；LPTMS, CNRS, Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay（理论与数学物理实验室，法国国家科学研究中心，巴黎第十一大学，萨克雷大学）；Raman Research Institute（拉曼研究所）
研究非相互作用费米子在空间变化有效质量下的量子行为，推导出精确的本征函数和量子传播子，揭示了多体 ground state 的确定性点过程及关联核的尺度形式。
2026-04-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Translation symmetry restoration in integrable systems: the noninteracting case
School of Physics and Astronomy, University of Nottingham（诺丁汉大学物理与天文学学院）；Centre for the Mathematics and Theoretical Physics of Quantum Non-Equilibrium Systems, University of Nottingham（诺丁汉大学量子非平衡系统数学与理论物理中心）；School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学学院）
本文研究了非相互作用费米子系统中翻译对称性的恢复，发现其恢复过程平滑且时间尺度与子系统大小平方相关，并观察到量子迈佩马效应。
2025-11-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Cluster-state preparation and multipartite entanglement analyzer with fermions
量子团簇态和纠缠态分析器是基于测量的量子计算的基础。我们提出利用量子点中无相互作用的自由电子或传导电子，基于偏振分束器、电荷探测器和单自旋旋转，产生量子团簇态，并制作多体纠缠分析器。我们的方案是确定性的，不需要量子比特之间的相互作用。
2005-12-13 quant-ph
Dissipative framework for subsystem dynamics of noninteracting quantum chains
Jožef Stefan Institute（约瑟夫·斯特凡研究所）
本文开发了具有多项式计算复杂度的耗散框架，用于重构非相互作用量子链的局域动力学生成元，通过两类模型揭示了子系统与环境耦合强度对动力学性质的影响，突破了传统弱耦合近似的局限。
2026-11-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Capacities of noiseless quantum channels for massive indistinguishable particles: Bosons vs. fermions
我们考虑通过无噪声的量子信道的信息传输，其中信息被编码成质量不可区分的粒子：玻色子或费米子。我们研究粒子不相互作用的情况。编码输入状态服从一组物理激励的能量和粒子数的平均值的约束。在这种情况下，经典和量子容量的确定都归结为熵的约束最大化。在非相互作用玻色子的情况下，可以观察到玻色-爱因斯坦凝聚的特征。这些考虑的一个主要动机是比较携带玻色子的通道与携带费米子的通道的信息承载能力。我们分析表明，费米子一般提供更高的通道容量，即，与玻色子相比，它们更适合于传输比特以及量子比特。这适用于大范围的幂律势，并适用于中高温。数值模拟似乎表明，该结果适用于所有温度。此外，我们考虑的三维盒和谐波陷阱的低温行为，我们再次表明，费米子的容量是高于玻色子的足够低的温度。
2007-03-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Perpetual motion of a mobile impurity in a one-dimensional quantum gas
考虑一个杂质粒子被注入到一个非相互作用费米子（或等效的Tonks-Girardeau玻色子）的简并一维气体中，该气体具有一定的初始动量$p_0$。我们研究了作为$p_0$函数的杂质$p_\infty$动量的无限时间值。在相当一般的条件下导出了$|p_\infty(p_0)|$的下界。推导，基于存在的主机气体的光谱的下边缘，不诉诸于任何近似。这种束缚的存在意味着在零温度下，不相互作用的费米子或Tonks-Girardeau玻色子的一维气体中的杂质的永恒运动。当杂质粒子和宿主粒子之间的相互作用处处是排斥的时，这种束缚有一种特别简单而有用的形式。
2014-03-04 cond-mat.quant-gas math-ph math.MP
Quantifying fermionic nonlinearity of quantum circuits
变分量子算法（VQA）被认为是在有噪声的中尺度量子（NISQ）器件上展示量子优势的最有前途的方法之一。然而，目前还不清楚VQA是否可以保持量子优势下的NISQ器件的本征噪声，这恶化了量子度。在这里，我们提出了一种措施，称为费米子非线性，量化的经典模拟量子线路设计用于模拟费米子哈密顿。具体地说，我们构造了一个基于费米线性光学的经典可模拟性的Monte Carlo型经典算法，其采样开销由费米非线性表征。作为这些技术的演示，我们计算了在退相噪声下由四个费米子模产生的旋转门的费米子非线性的上界。此外，我们还估计了在退相噪声作用下，氢链的幺正耦合团簇单、双量子线路的采样代价。我们发现，根据错误概率和原子间距，有区域的费米子非线性变得非常小或统一，因此电路是经典模拟。我们相信，我们的方法和结果有助于设计具有潜在量子优势的费米子系统的量子线路。
2022-11-14 quant-ph
Contraction of fermionic operator circuits and the simulation of strongly correlated fermions
费米子算符回路是具有不同和部分重叠支集的费米子算符的乘积。费米子算符回路（Fermionic Operator Circuit，FOC）的其他元素是部分迹线和部分投影。所提出的框架允许引入已知量子算符电路（QUOC）的费米子版本，这对于强相关d维系统的模拟非常重要：多尺度纠缠重正化模型（MERA），树张量网络（TTN），投影纠缠对态（PEPS）或其无限大小版本（iPEPS等）。FOC的定义后，我们提出了一种方法来合同它具有相同的计算和存储器的要求，作为相应的QUOC，其中所有的费米子运营商被替换为qudit运营商相同的尺寸。一个给定的压缩QUOC的方案与相应的费米子电路的类似方案有关，其中额外的边际计算成本仅来自压缩中间阶段发生的算符模式的重新排序。因此，我们的结果推广了有效的方案模拟d维自旋系统，MERA，TTN，或PEPS的费米的情况下。
2010-01-13 cond-mat.str-el quant-ph
Capacities of Quantum Channels for Massive Bosons and Fermions
本文研究了无噪声量子信道在有限平均质量玻色子和费米子数目下的经典信息传输容量。通过转移巨正则系综产生的Fock态，获得了最大容量。有趣的是，玻色气体的通道容量表明玻色-爱因斯坦凝聚的开始，通过改变其在临界状态下的定性行为，而对于携带弱吸引费米子的通道，它表现出Bardeen-Cooper-Schrieffer跃迁的特征。我们还表明，对于非相互作用的粒子，费米子是更好的信息载体比玻色子。
2006-01-08 cond-mat.stat-mech quant-ph
Harvesting Multiqubit Entanglement from Ultrastrong Interactions in Circuit Quantum Electrodynamics
我们分析了一个多量子位电路QED系统的制度，量子位光子耦合占主导地位的系统的裸能量标度。在这样的条件下，出现了具有高度纠缠的低能态的流形。在这里，我们描述了一个依赖于时间的协议，用于提取这些量子关联，并将它们转换为定义良好的多体纠缠态的非相互作用的量子比特。基于各种超强耦合效应的组合，该协议可以以快速和鲁棒的方式操作，同时仍然符合超导电路中遇到的开关时间和典型能量尺度的实验约束。因此，我们的方案可以作为一个探针，否则无法在强耦合电路QED系统的相关性。它还显示了这种相关性如何可能被利用作为基于纠缠的应用程序的资源。
2017-11-02 cond-mat.supr-con quant-ph
Entanglement structure of current-driven diffusive fermion systems
当一个扩展的系统在其相对的边界处耦合到两个不同温度或化学势的储层时，它不能实现全局热平衡，而是被驱动到一组载流非平衡状态。尽管这种情况与金属系统有着广泛的相关性，但对由此产生的长时间状态的纠缠结构的研究有限，部分原因是解决无序相互作用电子的现实模型的根本困难。我们研究这个问题，仔细分析两个“玩具”模型的相干量子输运的扩散费米子：著名的三维，非相互作用的安德森模型和一类随机量子线路的量子比特链，这正好映射到一个扩散，相互作用的费米子问题。重要的是，随机电路模型也可以被调整为费米子之间没有相互作用，类似于安德森模型。我们发现，驱动非相互作用费米子的长时间状态表现出体积定律的互信息和纠缠，无论是我们的随机电路模型和非平衡稳态的安德森模型。在相互作用下，随机电路模型是量子混沌的，接近局域平衡，只有短程纠缠。这些结果为电流驱动的量子混沌系统中局域平衡的出现提供了一个通用的图像，也提供了稳定的，高度纠缠的多体状态的例子。我们将讨论在低温介观导线或超冷原子气体中探测这些效应的实验技术。
2019-04-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Fermionic Models with Superconducting Circuits
提出了一种对含超导电路的费米子系统进行有效量子模拟的方法。它包括适当使用乔丹-维格纳映射，特罗特分解和多量子比特门，使用量子总线或直接电容耦合。我们将我们的方法应用到一维和二维费米-哈伯德模型的典型情况下，涉及耦合与最近和次最近的邻居。此外，我们提出了一个最佳的架构，这个模型，并讨论了在现实的电路量子电动力学设置的模拟基准。
2015-03-31 quant-ph
Fermionic Averaged Circuit Eigenvalue Sampling
Phasecraft Inc.（Phasecraft 公司）；Department of Computer Science, Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学计算机科学系）
本文提出FACES协议，通过FLO电路同时学习并自洽地获取多个费米子线性光学门的平均误差率，利用Krawchuk变换的性质实现高效采样。
2026-03-26 quant-ph
Brick Wall Quantum Circuits with Global Fermionic Symmetry
研究具有全局费米子对称性的砖墙量子线路，基于源自可积超对称量子场论的自由费米子形式2-qubit门，推导出酉算符与哈密顿极限的封闭谱结构，发现该对称性使哈密顿量处于临界点表面，打破对称性则引发非平凡拓扑相，并探讨了淬火动力学。
2024-09-18 quant-ph
Quantum circuits with free fermions in disguise
本文研究了自旋链模型的量子电路表述，通过使用局部酉门构造电路，探索了产生自由费米子谱的电路几何结构，并在 Fendley 的 4-费米子模型及其推广中成功构建并验证了自由费米子电路。
2025-06-25 cond-mat.stat-mech nlin.SI quant-ph
Quantum circuit synthesis for fermionic excitations in coupled cluster theory
National Taiwan University（国立台湾大学）；Chang Gung University（长庚大学）；Chang Gung Memorial Hospital（长庚纪念医院）
本文通过量子计算优先方法推导了单粒子耦合簇算子，揭示其结构源自费米子代数在单位元约束下的自然涌现，澄清了量子化学与量子计算实现间的概念差距。
2026-10-27 quant-ph
Unitary circuits for strongly correlated fermions
我们介绍了一个计划，有效地描述纯态的强相关费米子在更高的维度使用酉电路具有因果锥。提出了一种计算局部期望值的局部方法。我们制定了一个动态的重排方案，对应于时间自适应乔丹-维格纳变换，避免非本地字符串操作。这样的重新排序方案的原语被突出显示。费米子幺正电路可以用与自旋情况相同的复杂性来压缩。该计划产生了一个变分描述的费米子模型没有遭受的符号问题。我们给出了$9\times 9$和$6\times 6$费米子晶格模型的数值例子来说明该方法的功能。
2010-05-17 cond-mat.str-el quant-ph
Circuit complexity for free fermions
我们研究了自由费米子场论和高斯态的电路复杂性。我们的电路复杂性的定义是基于特殊的正交变换李群上的测地线距离的概念配备了一个右不变的度量。在分析了玻色子电路复杂性的异同之后，我们建立了一个综合的数学框架来计算任意费米子高斯态之间的电路复杂性。我们应用这个框架的自由狄拉克场在四维中，我们计算电路的复杂性狄拉克基态相对于几类空间非纠缠的参考状态。此外，我们表明，我们的方法也可以应用于计算的复杂性的激发态。最后，我们讨论了我们的结果的关系，替代方法的基础上的Fubini研究度量，全息和可能的扩展的相关性。
2018-03-28 hep-th quant-ph
Simulation of Fermionic circuits using Majorana Propagation
Algorithmiq Ltd（Algorithmiq有限公司）
Majorana传播通过有效截断策略实现费米子电路的高效准确模拟，适用于量子化学和凝聚态物理研究。
2025-12-16 quant-ph
Fermion-Fermion Scattering in Quantum Field Theory with Superconducting Circuits
我们提出了一个模拟-数字量子模拟的费米子-费米子散射介导的玻色子模式的连续电路量子电动力学方案。这种量子技术自然地提供了超导量子比特与开放传输线中连续电磁模式的强耦合。在这种方式中，我们提出了量子比特有效地模拟费米模式通过数字技术，而我们考虑的连续复杂性的开放传输线模拟连续复杂性的玻色子模式在量子场论。因此，我们相信，复杂性模拟复杂性的概念应该成为一个领先的范式，在任何努力可扩展的量子模拟。
2015-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con hep-th
Classical simulation of non-Gaussian fermionic circuits
本研究提出高效经典算法模拟非高斯初态下的费米子线性光学操作，基于扩展的协方差矩阵形式实现多项式复杂度模拟，并证明了费米子高斯延拓度的张量积乘法性，为费米子非高斯线路模拟提供新方法。
2024-05-06 quant-ph
Detection and Manipulation of Majorana Fermions in Circuit QED
出于最近的实验进展的测量和操纵的马约拉纳费米子与超导电路，我们提出了一种设备接口马约拉纳费米子与电路量子电动力学。建议的电路作为一个电荷奇偶性检测器改变超导$λ/4$谐振器的谐振频率上的附近的栅极上的电荷的奇偶性的条件。该器件在充电和磁通最佳点工作，对环境噪声高度不敏感。它能够高保真单次量子非破坏读出一对马约拉纳费米子编码的拓扑保护量子比特的状态。此外，这种相互作用允许在拓扑量子位上实现任意相位门，从而闭合循环以实现计算完整性。远离电荷最佳点，该器件可用作高灵敏度电荷检测器，其灵敏度优于$10^{-4} \text{e} / \sqrt{\text{Hz}}$，带宽大于$1$ MHz。
2013-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pseudo-fermions in an electronic loss-gain circuit
在最近的一些论文中，在PT-量子力学的范围内介绍和分析了损耗-增益电子电路。在本文中，我们表明，这个电路可以使用所谓的伪费米子的形式主义进行分析。特别是，我们讨论的时间行为的电路，我们构建了两个双正交基地的刘维尔矩阵$\Lc$用于治疗的动态。我们将这些基地$\Lc$和$\Lc^\dagger$，我们还表明，一个自伴刘维尔一样的运营商可以在游戏中引入。最后，我们描述的时间演化的电路在{ \em海森堡样}表示，驱动的非自伴哈密顿。
2013-09-03 math-ph math.MP quant-ph
Quantum circuit simulation of linear optics using fermion to qubit encoding
提出一种结合玻色子-费米子对应和费米子到量子比特编码的数字量子模拟协议，用于玻色子线性散射，并通过IBM Quantum和IonQ云服务验证了Hong-Ou-Mandel凹陷电路。
2023-05-08 physics.atom-ph physics.comp-ph physics.optics
Quantum circuits for solving local fermion-to-qubit mappings
格点上费米子系统的局域哈密顿量可以映射到局域量子比特哈密顿量上。保持算子的局部性是以增加希尔伯特空间的辅助自由度为代价的。为了恢复代表费米子自由度的低维物理希尔伯特空间，必须满足一组约束。在这项工作中，我们介绍了量子线路，完全满足这些严格的约束。我们演示了如何保持局部性允许一个进行Trotterized的时间演化与恒定的电路深度每一个时间步。我们的构造特别有利于模拟d> 1维费米子系统的时间演化算符。我们还讨论了如何这些家庭的电路可以被用来作为变分量子态，集中在两种方法：第一个基于一般的常数费米子数门，和第二个基于哈密顿变分的anomaly的本征态是由参数化的时间演化算子。我们应用我们的方法的问题，找到基态和时间演化态的$t$-$V$模型。
2023-02-16 cond-mat.str-el quant-ph
Persistent Currents in Atomtronic Circuits of SU(N) Fermions
本研究探索强相互作用SU(N)费米子环形量子气体中的持续电流，为基于该平台的物质波电路新概念提供依据，推动原子电子学发展，有望助力高灵敏量子器件与冷原子量子模拟器研发。
2023-11-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
Fermionic Stoner-Dicke phase transition in Circuit Quantum Magnetostatics
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
该研究提出一个费米子与量子磁通耦合的多体系统，展现石墨烯轨道不稳定性及迪克样量子相变，通过非线性磁-物质相和人工约瑟夫森结实现可调非线性。
2026-02-16 quant-ph
Decomposition Algorithm of an Arbitrary Pauli Exponential through a Quantum Circuit
本文回顾阶梯算法并提出两种更高效的递归方法（倒阶梯算法和费米子SWAP门方法），分别减少单比特门和CNOT门数量，并讨论费米子门不可替代性。
2023-05-08 quant-ph
Efficient quantum circuits for quantum computational chemistry
采用变分量子本征求解器（VQE）的分子量子模拟依赖于近似于分子基态的基态。这些量子态通常由参数化的费米子激发算符和初始参考态定义。有效的方法来执行费米子激发是至关重要的噪声中等规模量子计算机上实现的VQE。在这里，我们解决这个问题，首先演示电路，执行量子位激发，激发不占费米反对易关系。然后，我们扩展这些电路的功能，以执行费米激发。与标准使用“$CNOT$阶梯”构造的电路相比，我们的电路提供了$CNOT$门的数量的线性减少，每个单激励和双激励分别为$2$和$8$的因子。我们的结果降低了量子分子模拟的近期实现的要求。
2020-11-05 quant-ph
Disentangling Interacting Systems with Fermionic Gaussian Circuits: Application to Quantum Impurity Models
本文提出用费米子高斯电路进行酉基变换以压缩纠缠、优化轨道，并结合 Anderson 杂质模型和 GMERA 展示其提升张量网络与 DMRG 计算及解释杂质物理的能力。
2025-01-09 cond-mat.str-el quant-ph
Construction and simulability of quantum circuits with free fermions in disguise
Università di Bologna and INFN, Sezione di Bologna（博洛尼亚大学及意大利国家核物理研究所博洛尼亚分部）；Laboratoire de Probabilités, Statistique et Modélisation & CNRS, Université Paris Cité, Sorbonne Université Paris（巴黎概率、统计与建模实验室及法国国家科学研究中心、巴黎西岱大学、索邦巴黎大学）
该研究通过构造特定量子电路，证明了伪装自由费米子的可模拟性，并揭示了其经典计算的潜力。
2025-09-26 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Optimized fermionic SWAP networks with equivalent circuit averaging for QAOA
费米子SWAP网络是一种量子位路由序列，可用于有效地执行量子近似优化算法（QAOA）。即使在n量子位处理器上使用最小连接拓扑，该路由序列也能够以O（n）步执行O（n^2）操作。在这项工作中，我们通过两种技术来优化QAOA的费米SWAP网络的执行。首先，我们利用一组过完备的本地硬件操作[包括具有高达99.67（1）%保真度的150 ns受控π/2相位门]，以便以最小化电路深度和最大化门消除的方式分解相关的量子门和SWAP网络。其次，我们引入了等效电路平均，它在量子线路编译中随机化自由度，以减少系统相干误差的影响。我们的技术通过QAOA电路的执行在Advanced Quantum Testbed上进行了实验验证，以找到具有各种随机采样参数的两节点和四节点Sherrington-Kirkpatrick自旋玻璃模型的基态。在超导量子处理器上，我们观察到深度p = 1的QAOA在四个transmon量子比特上的误差（总变化距离）平均减少了约60%。
2021-11-11 quant-ph
CNOT-Efficient Circuits for Arbitrary Rank Many-Body Fermionic and Qubit Excitations
有效的量子线路是在有噪声的中等规模量子器件上实现量子算法的必要条件。费米激发进入幺正耦合团簇（UCC）ansätze产生量子线路包含CNOT“楼梯”，其数量与激发秩呈指数关系。最近，Yordanov等人[Phys.Rev.A102，062612（2020）; Commun. Phys. 4，228（2021）]构建了用于基于费米（FEB）和基于量子比特激发（QEB）的单量子电路和双量子电路的hocT有效量子线路，并说明了它们在自适应导数组装的伪Trotterized变分量子本征求解器（ADAPT-VQE）模拟中的有用性。在这项工作中，我们将这些hot有效的量子线路扩展到任意的激发秩。为了说明这些紧凑的FEB和QEB量子线路的好处，我们进行数值模拟，使用最近开发的选择投影量子本征解算器（SPQE）的方法，它依赖于自适应UCC animator建立从任意阶粒子空穴激发运营商。我们表明，FEB和QEB-SPQE减少了CNOT门的数量相比，传统的SPQE的因素高达15。同时，QEB-SPQE通常需要比FEB-SPQE更多的抗扰度参数，特别是那些对应于高于两倍的激发的参数，从而导致具有更大CNOT计数的量子线路。虽然ADAPT-VQE生成的量子线路具有比SPQE少的hocT，但SPQE需要比ADAPT-VQE中的梯度元件评估少几个数量级的残余元件评估。
2022-10-11 physics.chem-ph quant-ph
Two-particle quantum walks applied to the graph isomorphism problem
我们表明，在解决一个特定的计算问题的背景下，相互作用和非相互作用的量子粒子的量子动力学是根本不同的。具体来说，我们考虑图同构问题，其中一个希望确定是否两个图是同构的（相互相关的一个重新标记的图形顶点），并专注于一类图形具有特别高的对称性称为强正则图（SRG的）。我们研究了格林函数的动态演化特征的单粒子和两粒子量子行走对非同构的SRG的，并表明，相互作用的粒子可以区分非同构的图形，非相互作用的粒子不能。我们得到了以下具体结果：（1）证明了两个非相互作用粒子（费米子或玻色子）的量子行走不能区分某些非同构的SRG对。(2)我们数值证明，两个相互作用的玻色子是更强大的比单个粒子和两个非相互作用的粒子，在量子行走的相互作用玻色子区分所有非同构对的SRG，我们检查。通过利用高吞吐量计算在进化算子之间进行超过5亿次直接比较，我们检查了所有非同构SRG的列表对，包括多达64个顶点的图。(3)通过对演化算子进行短时扩展，我们得到了区分算子，这些算子提供了对相互作用的两粒子量子行走的功率的分析见解。
2010-02-16 quant-ph
Independent density and coherence skin effects in adaptive fermion circuits
Universität zu Köln（科隆大学）；Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）
该研究证明自适应费米子电路中密度与相干性趋肤效应可独立调控，通过条件门相位实现拓扑转变，使两者局域于相反边缘。
2026-09-30 quant-ph
Spin-Adapted Fermionic Unitaries: From Lie Algebras to Compact Quantum Circuits
Emory University（埃默里大学）
研究针对单重态自旋适配广义单双激发算子集，利用魏-诺曼方法推导公式，开发计算协议及相关算法，实现迄今最紧凑电路来精确实现saGSD酉算子，还确定其紧凑子集减少量子资源。
2026-07-21 physics.chem-ph quant-ph
Optimal Haar random fermionic linear optics circuits
本文提出了在非粒子守恒和粒子守恒FLO Haar测度上采样的最优算法，通过直接输出线路同时实现了最优的 $Θ(n)$ 深度和 $Θ(n^2)$ 门数，并提供了最优门数的 Clifford FLO 采样线路。
2025-05-30 quant-ph
Clifford circuits Augmented Matrix Product States for fermion systems
本文将克利福德电路增强矩阵乘积态（CAMPS）推广到费米子系统，通过 Jordan-Wigner 变换映射为自旋系统，并在 t-V 模型和 Hubbard 模型上验证其精度显著优于传统 MPS，尤其在强相互作用下。
2024-12-31 cond-mat.str-el quant-ph
Fermion Sampling: a robust quantum computational advantage scheme using fermionic linear optics and magic input states
费米子线性光学（FLO）是量子计算的一种受限模型，其原始形式被认为是有效的经典模拟。我们表明，当初始化与合适的输入状态，FLO电路可以用来证明量子计算的优势，具有很强的硬度保证。在此基础上，我们提出了一种玻色子采样的费米子模拟-具有魔输入态的费米子采样的量子优势方案。我们并行考虑两类电路：粒子数守恒（被动）FLO和主动FLO，只保留费米子奇偶校验，是密切相关的匹配门电路介绍了勇敢。在数学上，这些类别的电路可以理解为李群$U(d)$和$SO(2d)$的费米子表示。这一观察使我们能够证明我们的主要技术结果。我们首先显示反集中的概率在随机FLO电路的两种。此外，我们证明了强大的平均情况下的概率计算的硬度。为了实现这一点，我们适应最坏的平均情况下减少凯莱变换的基础上，最近推出的Movassagh，低维李群的表示。总的来说，这些发现提供了与随机电路采样范式相媲美的硬度保证。重要的是，我们的计划也有实验实现的潜力。无源和有源FLO电路都与量子化学和多体物理学相关，并且已经在超导量子位架构的原理验证实验中实现。所需量子输入态的制备可以通过简单的量子线路来获得，该量子电路独立地作用于四个量子比特的不相交块，并且每个块使用3个纠缠门。我们还认为，由于FLO电路的结构化性质，它们可以有效地进行认证。
2021-11-23 math-ph math.MP quant-ph
Dissipation-engineering of nonreciprocal quantum dot circuits: An input-output approach
纳米电子器件中的非互易效应为操纵电子输运和工程量子电子电路提供了独特的可能性。然而，缺乏严格的理论工具阻碍了这一发展。在这里，我们提供了一个通用的输入输出描述的非互易传输在固态量子点架构，基于量子光力学模拟。特别是，我们打破相干耦合量子点之间的相互作用耗散工程，其中这些（所谓的）主要点相互耦合到辅助，阻尼量子点。我们说明了两个有代表性的多端非相互作用的模型，它可以被用来作为构建块较大的电路的一般框架。重要的是，确定的非互易行为的最佳条件，即使在存在额外的耗散效应，导致当地的电子-声子耦合。除了散射矩阵的分析，我们表明，非互易耦合诱导单向电子流的共振传输制度。总之，我们的分析提供了实现非互易纳米电子器件的形式主义和工作原理。
2020-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fermion parity measurement and control in Majorana circuit quantum electrodynamics
我们研究了基于嵌入微波谐振器中的拓扑超导电路的器件的量子电动力学。该装置将其量子信息存储在源自马约拉纳费米子杂化的费米子宇称态的相干叠加中。这产生了一个高度隔离的量子比特，其相干时间可以大大增强。我们扩展了传统的半经典方法，得到了强transmon-photon耦合的解析推导。使用这种形式主义，我们开发的协议来初始化，控制和测量的奇偶校验状态。我们表明，值得注意的是，奇偶本征值可以检测到通过色散位移的光腔在强耦合制度和它的状态可以通过二阶边带跃迁相干操纵。
2015-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
Aspects of integrability in a classical model for non-interacting fermionic fields
在这项工作中，我们调查的可积性问题，在一个经典模型的非相互作用的费米子场。这个模型是通过从量子系统的半经典处理获得的经典-量子对应来构造的。我们的主要发现是，与量子系统相反，经典系统一般是不可积的。关于这种对比，很明显，在一般情况下，费米量子系统的经典模型必须小心处理。进一步的数值研究表明，在相空间中可能存在稳定岛。我们还研究了一个类似的模型，在理论化学中使用，并发现这一个是最有可能的可积，虽然在这里的可积性是不保证量子经典对应原理。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall nlin.CD physics.atom-ph
Efficiently learning fermionic unitaries with few non-Gaussian gates
本文提出一种多项式时间算法，用于高效学习含常数个宇称保持非高斯门的费米子电路，通过近似高斯酉变换实现小误差学习，并适用于量子比特实现。
2025-04-21 quant-ph
Low-depth circuit ansatz for preparing correlated fermionic states on a quantum computer
量子模拟必将成为近期量子计算机的主要应用之一。量子化学和凝聚态物理有望从这些技术发展中受益。已知几种量子模拟方法在量子计算机上制备状态并测量所需的可观测量。最节省资源的方法是变分量子本征求解器（VQE），它传统上采用幺正耦合团簇作为近似多体费米子哈密顿量的基态的近似。该方法的一个重要警告是，该过程的初始状态是一个单一的参考产品状态，没有从经典的Hartree-Fock计算提取的纠缠。在这项工作中，我们提出了一个更一般的费米高斯态，从核物理领域借用的想法，通过初始化算法的方法来改进。我们展示了如何用量子匹配门的线性深度电路来制备这种高斯参考态。通过增加最近邻相位耦合门的数目，我们得到了一个低深度的电路模拟器，它可以精确地制备相关费米子系统的基态。这将VQE的适用范围扩展到具有强配对关联的系统，如超导体，原子核和拓扑材料。
2018-01-03 quant-ph
Quantum circuit decomposition of the tangent-fermion Dirac operator
Universiteit Leiden（莱顿大学）
提出正切费米子离散化方法，将狄拉克方程写为局部算子束的广义本征值问题，实现与晶格大小无关的线性组合酉算子表示，避免了费米子加倍问题。
2026-06-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Extending matchgates into universal quantum computation
匹配门是与非相互作用费米子相关的双量子比特门家族。如果仅作用于最近的邻居，则它们是经典的可模拟的，但是如果我们放松该限制或使用SWAP门，则它们对于量子计算变得通用[Jozsa和Miyake，Proc.R. A 464，3089（2008）]。我们推广这一结果，证明任何nonmatchgate奇偶保持酉是能够扩展到通用量子计算的计算能力的matchgate。我们确定了单一的本地不变的宇称保持酉负责这一点，并讨论了相关的结果在费米子系统的背景下。
2011-06-09 quant-ph
Optimal and improved gate decompositions for accelerated classical simulation of near-Gaussian fermionic circuits
Phasecraft Ltd（Phasecraft有限公司）；Department of Mathematics, School of Computation, Information and Technology, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学计算、信息与技术学院数学系）；Munich Center for Quantum Science and Technology（慕尼黑量子科学与技术中心）
本文提出最优非高斯门分解方法，用于加速经典模拟近高斯费米子电路，通过分析分解非高斯门和通道，提高经典采样效率，并在不同噪声条件下实现速度提升。
2026-10-01 quant-ph
Diffusive Operator Spreading for Random Unitary Free Fermion Circuits
我们研究了链上自由费米子的模型，该模型的动力学是由随机幺正门作用于最近邻键产生的，并给出了时间有序和非时间有序的费米子的精确计算。我们考虑三种不同的情况下：随机电路与时空无序（i）和（ii）没有粒子数守恒和（iii）粒子非守恒的情况下，纯粹的时间无序。在所有三种情况下，时间无序导致扩散算子扩散和$\sim\sqrt{t}$纠缠增长。这与静态无序情况下的安德森局域化形成鲜明对比，并且与在哈密顿演化的干净情况和完全随机的幺正量子线路中观察到的弹道行为形成鲜明对比。
2021-02-19 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el hep-th
Measurement-induced entanglement transitions in quantum circuits of non-interacting fermions: Born-rule versus forced measurements
我们解决的纠缠跃迁在监测随机量子线路的非相互作用费米子，特别是，玻恩规则和强制测量是否产生相同的普适性类的问题。对于一个通用的电路，没有对称性以外的费米子宇称，作用于一维马约拉纳链，我们数值计算得到几个临界指数，提供了明确的证据表明，这两个过渡与玻恩规则和强制测量是在不同的普适性类。我们通过识别基本的统计力学模型为我们的数值结果提供了一个理论上的理解，该模型是从Jian等人建立的一般对应关系中得出的，物理评论B 106，134206，非相互作用费米子的非幺正电路和十重Altland-Zirnbauer（AZ）对称类之间。AZ类对于电路的Born规则和强制测量是相同的。对于所考虑的电路（AZ DIII类），描述过渡的统计力学模型是主要的手征非线性西格玛模型，其场变量是分别用于强制和Born规则测量的副本限制$n\to 0$和$n\to 1$中的${\rm SO}(n)$矩阵。前者是在一个安德森局域化普适类，而我们表明，后者是在一个新的普适类以外的安德森局域化。这两种纠缠跃迁都是由$\mathbb{Z}_2$拓扑缺陷的增殖驱动的。不同的副本限制说明了普适性类的差异。此外，我们提供了数值和基于量子力学的参数，纠缠跃迁在先前研究的监测电路的马约拉纳费米子的回路模型的基础上的交叉，一个高度精细的调谐电路，属于一个普适类不同的通用电路中的两个过渡在本文中讨论。
2023-02-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Criticality and entanglement in non-unitary quantum circuits and tensor networks of non-interacting fermions
非幺正量子动力学模型，如包含投影测量的量子线路，已经显示出丰富的量子临界行为。关于这种行为有许多互补的观点。例如，在D=（d+1）维晶格上，d维局域非幺正量子线路和张量网络之间存在已知的对应关系。在这里，我们表明，在非相互作用的费米子系统的情况下，还有一个完整的对应关系之间的非酉电路在d空间维度和酉非相互作用的费米子问题与静态厄米哈密顿在D=（d+1）空间维度。这为理解非相互作用电路所表现出的纠缠相和临界行为提供了一个强有力的新视角。分类相应的非相互作用的哈密顿的对称性，我们表明，一个大类的随机电路，包括最通用的电路在空间和时间上的随机性，是在对应的哈密顿与静态空间无序的10 Altland-Zirnbauer对称类。我们发现，这是已知的发生在所有这些类的临界性是相应的随机非酉电路的临界纠缠特性的起源。为了证明这一点，我们数值研究了D=2和D=3的Haar随机高斯费米子张量网络边界上的量子态。我们发现，最一般的张量网络合奏对应于一个单一的问题，非相互作用的费米子与静态无序Altland-Zirnbauer对称类DIII，这对于D=2和D=3是已知的表现出稳定的临界金属相。张量网络和相应的随机非酉电路在其他九个Altland-Zirnbauer对称类可以从DIII的情况下，通过实施Clifford代数扩展分类空间。
2022-11-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Optimised Fermion-Qubit Encodings for Quantum Simulation with Reduced Transpiled Circuit Depth
University College London（伦敦大学学院）；UCL Centre for Advanced Research Computing（伦敦大学学院高级计算研究中心）
本文提出一种确定性方法，优化三元树类编码以减少Pauli权重，无需额外辅助量子比特或交换门开销，并展示了其在多种编码方法上的应用效果。
2026-04-29 cs.ET quant-ph
A diagrammatic calculus of fermionic quantum circuits
本文提出费米子 ZW 演算，一种弦图语言，用于费米子量子计算，通过公理完备性证明和规范形式重写，实现费米子电路的计算与双轨编码的图解处理。
2019-08-30 cs.LO quant-ph
