Quasi-probability representations of quantum theory with applications to quantum information science
本文包括无限维量子理论的准概率表示（包括维格纳函数）和最近定义的有限维量子理论的准概率表示的审查。我们专注于这些表示的特点和应用，重点对量子信息理论。我们讨论了最近提出的统一的一套可能的准概率表示通过框架理论，然后讨论了实际相关的消极性，在这样的表示作为量子性的标准。
2011-10-15 quant-ph
If physics is an information science, what is an observer?
传统上，对量子理论的解释都假设有一个“伽利略”观察者，一个由量子系统物理实现的纯粹的“观点”。本文研究的后果，取代这样的信息贫困的观察员与观察员，满足经典自动机理论的要求，即观察员编码足够的先验信息，以识别系统被观察，并认识到其可接受的状态。它表明，通过对信息通道的物理动力学的合理假设，这样的观察者记录的观察将显示量子理论预测的典型特征，而不需要对观察者的物理实现进行任何特定的假设。
2012-02-11 quant-ph
Modern compressive tomography for quantum information science
这篇综述是对自2019年以来开发的现代压缩断层扫描的简要介绍。这些方案用于表征任意低秩量子对象，无论是未知状态、过程还是检测器，使用最小的测量资源（因此是压缩的），而没有任何\emph{a priori}假设（秩、稀疏性、本征基、\emph{etc}）。关于量子物体本文包含了相当数量的技术细节，让量子信息社区开始应用这里讨论的方法。为了促进对压缩层析成像的制定逻辑和物理的理解，理论概念和重要的数值结果（新的和交叉引用的）应以教学的方式呈现。
2021-08-10 quant-ph
Synergies Between Operations Research and Quantum Information Science
这篇文章强调了量子信息科学（QIS）和运筹学之间的协同作用，为QIS好奇的运筹学研究人员（反之亦然）。
2023-01-11 cs.DS math.OC quant-ph
NSF-UKRI Bilateral Workshop: Quantum Information Science in Chemistry
本文总结了由NSF与UKRI下属EPSRC共同资助、于2024年2月在美国举行的美英化学量子信息科学双边研讨会的背景、讨论成果及参会代表团情况。
2024-09-06 physics.chem-ph quant-ph
Visibility Stokes parameters as a foundation for quantum information science with undetected photons
本研究针对未探测光子相关技术缺乏一致量子算符重构的问题，提出可见度斯托克斯参数量化其偏振，应用于量子态层析并分析环境作用，为量子信息协议适配未探测光子提供基础。
2025-05-18 quant-ph
The Study of Entangled States in Quantum Computation and Quantum Information Science
本论文主要研究纠缠态在量子计算和量子信息科学中的应用。纠缠是一种没有经典对应物的量子现象，在量子信息理论科学的许多领域，包括量子纠错、量子密码学和量子算法中，它被认为是一种重要的和可量化的资源。我们首先研究了一类特殊的纠缠态（由于它们与数学图的关联而被称为图态）在局部操作下的等价类。我们证明了，对于图的状态对应的图既没有周期的长度为3或4，等价类可以在一个非常简单的方式来描述。我们还提出了用于分析和操纵图形状态的软件。然后，我们研究量子纠错码的码字是高度纠缠态。关于QECC的一个重要研究领域是确定哪些资源是必要的，以便在代码上执行任意精度的任何计算，同时保持对噪声的高度抵抗。我们证明了横向门，这是为了防止通过系统的错误传播，是不足以实现几乎所有的QECC的通用计算。最后，我们研究的问题，创造有效的量子线路创建纠缠测量。纠缠测量可以用来利用量子系统的明显额外的计算能力，让我们能够使用局部测量来提取关于量子态的全局集体属性的信息。我们构建明确的量子线路，创建纠缠测量，并表明，这些电路的规模多项式的输入参数。
2008-08-11 quant-ph
Quantum Information Science and Nanotechnology
介绍了量子信息科学在纳米技术领域的应用。量子力学定律对于纳米尺度的物体可能非常重要。量子系统的模拟是一个众所周知的问题，量子计算机最初是由R。费曼正是克服这种困难的方法。QIS中开发的数学方法也可以应用于纳米器件的描述。很少提到说明性的例子，它们可能与所谓的第四代纳米技术产品有关。
2009-03-06 cs.OH quant-ph
Attosecond Physics and Quantum Information Science
在这篇文章中，我们将讨论一个共生的可能性，为物理学（AP）和量子信息（QI）和量子技术（QT）。我们认为，在几年内，AP将在QT中达到技术就绪水平（RTL）4-5，从而成为QI和QT的合法平台。
2022-08-31 physics.atom-ph quant-ph
QIS-XML: An Extensible Markup Language for Quantum Information Science
这篇硕士论文探讨了经典信息科学（CIS）和量子信息科学（QIS）之间的互操作性和集成问题。它简要介绍了可扩展置标语言（XML），并描述了量子计算XML规范（QIS-XML）原型的开发步骤。QIS-XML是一个基于XML的量子逻辑门和量子电路的描述、可视化、交换和处理框架。它还提供了一个潜在的方法，通过XML驱动的编译器的概念，量子计算机的通用程序设计语言。提供了一些例子来描述常用的量子门和电路，并提供了在标准Web浏览器中可视化它们的工具。最后给出了一个算法实例，利用量子电路进行简单的加法运算，并在量子计算机模拟器上运行。总的来说，这一初步工作表明了XML技术如何成为描述和编程量子计算机的架构的核心。QIS-XML利用一个被广泛接受的标准，在传统IT和量子IT之间架起了一座桥梁，这可以促进ICT社区对QIS的接受，并促进IT专家对量子技术的理解。这将支持经典信息科学和量子信息科学整合为完整的信息科学，这一挑战可以被称为“信息科学大一统挑战”。
2011-06-14 cs.ET cs.PL cs.SE
QISCIT: A validated concept inventory assessment for quantum information science
本文介绍了一种经11位专家验证、含31个条目的量子信息科学概念入门测试（QISCIT），用于无需大学数学即可评估QIS理解，并探讨了其在教学中的应用。
2025-06-23 physics.ed-ph quant-ph
Quantum Cybernetics and Complex Quantum Systems Science - A Quantum Connectionist Exploration
量子控制论及其与复杂量子系统科学的联系是从复杂量子计算系统的角度来解决的。通过这种方式，自主量子计算系统的概念被引入到量子人工智能中，并被应用到量子人工神经网络中，被认为是自主量子计算系统，这导致了量子控制论中的量子连接主义框架。在布尔函数计算、多层量子计算动力学、量子纠缠和量子互补等方面讨论了几个量子前馈神经网络的例子。这些例子为量子人工神经网络作为处理执行基于网络的量子计算的复杂量子系统的一般框架的作用的反思提供了一个框架，可能的后果是关于量子技术，以及复杂量子系统科学和量子生物学的基础研究。
2014-02-05 cond-mat.dis-nn cs.NE quant-ph
Advancing Quantum Information Science Pre-College Education: The Case for Learning Sciences Collaboration
School of Computing（计算学院）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Graduate School of Education（教育研究生院）；Stanford University（斯坦福大学）；Department of Psychology（心理学系）
本文探讨了通过学习科学与量子信息科学合作，提升中学阶段量子信息科学教育的必要性与方法。
2025-08-01 cs.AI cs.CY physics.ed-ph
Quantum Models of Consciousness from a Quantum Information Science Perspective
本文从量子信息科学视角探讨三类意识量子模型（微管电子离域、神经网络电磁场、神经元间递质调控），重点分析Posner认知模型并计算其簇内磷酸分子纠缠保持，为量子理论理解脑功能提供见解。
2025-11-17 q-bio.NC quant-ph
Microtrap arrays on magnetic film atom chips for quantum information science
我们提出了两种不同的策略，发展一个量子信息科学平台的基础上，我们的实验结果与磁膜原子芯片上的磁性微陷阱阵列。第一种策略的目标是在~5 μm周期的晶格中的介观系综量子比特，这样量子比特可以单独寻址，相互作用可以通过里德伯激发来介导。第二种策略的目标是使用~100 nm周期的亚光晶格的直接量子模拟器。这将允许实现凝聚态激发的量子多体系统，如新参数体系中的哈伯德模型。这两种方法提出了相当不同的问题，其中一些是确定和讨论。
2011-04-15 physics.atom-ph quant-ph
Hello Quantum World! A rigorous but accessible first-year university course in quantum information science
解决量子信息科学与工程（QISE）社区内的劳动力短缺问题，需要在本科教育的早期吸引和留住来自不同背景的学生。在这里，我们描述了我们开发的一个名为Hello Quantum World的课程！它以严格的方式引入了广泛的基本量子信息和计算概念，但不需要高中代数以外的任何数学知识，也不需要任何量子力学的先验知识。一些主题包括叠加，纠缠，量子门，隐形传态，量子算法和量子纠错。该课程是专为一年级本科生，无论是那些追求QISE学位和那些谁正在寻求“量子意识”。
2022-11-06 physics.ed-ph physics.pop-ph quant-ph
Teaching quantum information science to high-school and early undergraduate students
我们提出了一个简单的，可访问的，但严格的推广/教育计划集中在量子信息科学和技术的高中和早期的本科生。该计划允许学生使用量子线路和算法进行有意义的动手计算，而不需要高等数学的知识。结合纸笔练习和IBM Q模拟，帮助学生理解量子门和电路的结构，以及叠加、纠缠和量子力学测量的原理。
2020-08-08 physics.ed-ph physics.pop-ph quant-ph
The Design and Implementation of a Quantum Information Science Undergraduate Program
针对量子信息科学领域人才缺口问题，加拿大舍布鲁克大学设计并推出三年半制量子信息科学本科项目，培养量子软件开发人员，详细介绍课程设计过程、当地生态影响及经验教训，为其他机构提供参考。
2024-12-02 physics.ed-ph quant-ph
USEQIP: Outcomes and experiences from 17 years of undergraduate summer schools in experimental quantum information science
Quantacet Investments（Quantacet投资公司）；KUK Electronics（KUK电子公司）
USEQIP通过两年暑期课程和实习计划，培养量子信息科学人才，分享课程结构、影响及未来展望，展示校友职业发展成就。
2026-04-28 physics.ed-ph quant-ph
QIS-XML: A metadata specification for Quantum Information Science
虽然量子信息科学（QIS）仍处于起步阶段，但基于量子的硬件或计算机与经典对应物通信和集成的能力将是其成功的主要要求。然而，很少有人注意到QIS的这一方面。为了在系统之间管理和交换信息，当今的经典信息技术（IT）通常使用可扩展置标语言（XML）及其相关工具。XML由许多与各个专业领域相关的规范组成。然而，还没有为量子计算机定义这样的全球规范。QIS-XML是一个用于描述QIS（门和电路）基本组件的XML元数据规范，也是一个用于开发量子算法的硬件无关低级伪代码的平台。本文列出了QIS-XML规范的一般特征，并通过原型用例概述了实际应用。
2007-12-23 cs.DB cs.SE quant-ph
Nanomaterials for Quantum Information Science and Engineering
量子信息科学与工程（QISE）需要将量子力学状态用于信息处理、通信和传感，以及纳米科学和纳米技术领域已经主导了21世纪的凝聚态物理和材料科学研究。到目前为止，用于QISE的固态器件主要是用散装材料作为其成分来设计的。在这篇综述中，我们考虑了纳米材料（即具有固有量子限制的材料）如何为QISE提供优于传统材料的固有优势。我们确定了特定类型量子比特的材料挑战，并确定了新兴纳米材料如何克服这些挑战。确定了基于纳米材料的量子器件的挑战和进展。我们的目标是帮助缩小纳米技术和量子信息社区之间的差距，并激发研究，这将导致下一代量子器件的可扩展和实际的量子应用。
2022-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Approach to Data Science with Multiscale Information Theory
本文提出将多尺度信息理论与统计力学相结合的数据科学框架，通过多尺度熵动力学方法推导非线性Schrödinger方程的一般形式，用于描述电子、等离激元、极化子和孤子等粒子及准粒子系统的量子力学行为。
2023-05-23 physics.data-an quant-ph
Incompatible measurements in quantum information science
量子力学中的某些测量相互干扰。这一点从理论提出以来就一直困扰着物理学家，但直到最近几十年，测量的不相容性才得到了深入和详细的分析，使用了广义测量的联合可测性的概念。在这次学术讨论会上，从量子信息科学的角度回顾了联合可测性和不相容性。学术讨论会首先讨论基本定义和概念。综述了不相容性在测量不确定度关系、量子关联的表征以及量子态鉴别等信息处理任务中的应用。最后，新兴的研究方向，如资源理论的不兼容性以及其他概念，以把握测量的性质，在量子力学，进行了讨论。
2023-02-13 math-ph math.MP quant-ph
The interdisciplinary quantum information classroom: Themes from a survey of quantum information science instructors
跨学科介绍量子信息科学（QIS）课程在美国各地的大学激增，但这些课程的教师的经验在很大程度上仍然是未开发的学科为基础的教育研究（DBER）社区。在这里，我们解决这个差距，报告的调查结果的教师教学介绍QIS课程在美国各地的机构，主要是在本科或混合本科/研究生水平，以及后续重点访谈六个个别教师。从这个分析的关键主题包括挑战和机遇与教师和学生背景的多样性，学生的数学形式主义的困难（特别是但不限于线性代数），以及需要更好的教科书和课程材料。我们还发现，虽然课程主题表面上相似，但每门课程都是由其讲师精心制作的，以讲述关于QIS的不同故事，并独特地平衡目标，如可访问性和学术严谨性，因此我们的数据集中没有出现对QIS课程的规范介绍。我们讨论了这一发现的好处和风险与QIS课程的成熟与标准化的课程的影响。
2022-05-05 physics.ed-ph quant-ph
Magnetic-film atom chip with 10 $μ$m period lattices of microtraps for quantum information science with Rydberg atoms
我们描述了一种在原子芯片上制造超冷原子磁微阱晶格的装置的制作和结构。晶格由永磁膜的光刻图案化限定。图案化的磁性薄膜原子芯片能够在宽范围的长度尺度上实现各种各样的捕获几何形状。我们展示了一个原子芯片的晶格常数为10 $μ$米，适用于实验中的量子信息科学采用原子之间的相互作用，在高激发里德堡能级。有源俘获区包含具有正方形和六边形对称性的晶格区，其中两个区在界面处接合。在原子芯片下面安装了从银箔上切下的宏观金属丝结构，以便将超冷的$^{87}$ Rb原子加载到微阱中。我们证明加载的原子到正方形和六边形晶格部分同时显示解决个别晶格网站的成像。原子芯片上的磁膜晶格为超冷原子的实验提供了一个通用的平台，特别是对于量子信息科学和量子模拟。
2014-07-01 physics.atom-ph quant-ph
Report of the Snowmass 2021 Theory Frontier Topical Group on Quantum Information Science
本文综述了量子信息科学在高能物理理论研究中的应用。三个主要主题确定和讨论;量子模拟，量子传感器和正式方面的量子信息和重力之间的联系。在这些主题中，有重要的研究问题和机会，以解决他们在未来几年和几十年。还讨论了发展多样化量子劳动力的努力。这项工作总结了高能物理TF 10的子主题领域量子信息，它是Snowmass 2021规划过程的理论前沿报告的一部分。
2022-09-29 hep-lat hep-ph hep-th
Ordinary Complex Differential Equations with Applications in Science and Engineering
在这项工作中，我们发现了一个非常重要的概念，并将其转化为一个数学分支，而不是在不同的科学专业中单独研究单独的方程。复微分方程解的存在性和唯一性已被许多数学推广工具证明。同伦摄动法作为一种求解线性复微分方程的方法已经被应用和实现，这是第一次将这种方法用于求解复平面上的方程。深入研究了复级数解的解析方法，并利用罗朗级数展开式推广了复级数解。在深入理解的基础上，实现了一些在工程和复杂几何中非常重要的应用，如飞机和宇宙飞船机翼和喷气发动机风扇的翼型应用，以及Schwarz-Christoffel变换。
2018-10-11 math-ph math.CV math.MP
Linear preservers and quantum information science
令$m,n\ge 2$为正整数，$M_m$为$m\times m$复矩阵的集合，$M_n$为$n\times n$复矩阵的集合。将$M_{mn}$视为张量空间$M_m\otimes M_n$。假设$|\cdot|$是Ky Fan $k$ -范数与$1 \le k \le mn$，或Schatten $p$ -范数与$M_{mn}$上的$1 \le p \le \infty$（$p\ne 2$）。证明了线性映射$ϕ: M_{mn} \rightarrow M_{mn}$对所有$A \in M_m$和$B \in M_n$满足$$|A\otimes B| = |ϕ(A\otimes B)|$$当且仅当存在酉$U, V \in M_{mn}$使得$ϕ$具有$A\otimes B \mapsto U(φ_1(A) \otimes φ_2(B))V$的形式，其中$φ_i(X)$是恒等映射$X \mapsto X$或转置映射$X \mapsto X^t$ .将所得结果推广到更高层次的张量空间$M_{n_1} \otimes ... \otimes M_{n_m}$.这个问题与量子信息科学的联系被提及。
2012-08-06 math.FA quant-ph
Five Starter Pieces: Quantum Information Science via Semi-definite Programs
正如标题所示，本章对量子信息科学（QIS）中特别适合用半定规划（SDP）形式表述的五个基本问题进行了简短、完备的介绍。我们有两个观众。主要受众包括运筹学（和计算机科学）的研究生，他们熟悉SDP，但发现即使是最低限度地熟悉QIS的预处理也令人生畏。第二个受众包括物理学家（和电气工程师），他们已经通过SDP了解了QIS的建模，但对更普遍适用的计算工具感兴趣。对于这两个观众，我们努力快速访问不熟悉的材料。对于第一个问题，我们提供了所需的足够多的背景材料（来自量子力学，通过矩阵处理，并将它们映射为狄拉克符号），同时对于第二个问题，我们在计算机上重新创建了已知的封闭形式的解决方案。我们希望您会喜欢这个介绍，并通过自学或短期研讨会课程了解SDP和QIS之间的奇妙联系。最终，我们希望这种学科推广将通过他们富有成效的研究，通过SDPs推动QIS的进步。
2022-10-19 math.OC quant-ph
Ethics education in the quantum information science classroom: Exploring attitudes, barriers, and opportunities
量子信息科学（QIS）是物理学、计算机科学、电子工程和数学交叉的新兴跨学科领域，利用量子力学定律来规避信息处理的经典限制。随着QIS课程在美国机构中的普及，包括在本科阶段，我们认为，从一开始就必须将道德和社会责任纳入QIS教育。我们讨论了与QIS教育特别相关的伦理问题，教育工作者可能希望将其纳入课程。然后，我们报告的调查结果，从焦点访谈与六名教师谁教QIS入门课程，专注于将道德和社会责任（ESR）纳入QIS课堂的障碍和机会。很少有教师明确考虑在课堂上的道德问题的讨论之前，面试，但教师的态度转变显着支持将ESR在课堂上作为面试过程本身的结果。考虑到教师的感知障碍，讨论ESR在课程中的问题，我们提出了下一步的措施，使ESR教育在QIS课堂成为现实。
2022-02-03 physics.ed-ph physics.soc-ph quant-ph
Opportunities for Nuclear Physics & Quantum Information Science
本白皮书是2018年3月28日至30日在阿贡国家实验室举行的核物理与量子信息交叉点研讨会的成果[www.phy.anl.gov/npqi2018/]。该研讨会汇集了116名国家和国际核物理和量子信息科学专家，探讨这两个领域在美国能源部（DOE）科学办公室，核物理办公室以及更广泛的美国社会和行业感兴趣的主题上合作的机会。讲习班包括22场应邀演讲和10场演讲，以及三场小组讨论会。讨论的主题包括量子计算、量子模拟、量子传感、核物理探测器、核多体问题、对撞机能量下的纠缠和格点规范理论。
2019-07-30 hep-ex nucl-ex nucl-th
Strong laser physics, non-classical light states and quantum information science
本文综述强激光物理与量子光学、量子信息科学的交叉进展，介绍强激光—物质相互作用的完全量子化描述及非经典光态、纠缠态产生方法，并展望非经典光工程及其在超快与量子信息领域的应用。
2023-02-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum magnonics: when magnon spintronics meets quantum information science
自旋电子学和量子信息科学是信息处理技术创新的两个有前途的候选者。这两个领域的结合使我们能够建立研究量子现象和实现多功能量子任务的固态平台。然而，在很长一段时间里，这两个领域的交集是有限的。这种情况在过去几年中发生了重大变化，因为在使用磁振子编码和处理信息方面取得了显着进展。另一方面，在理解准粒子的纠缠以及设计用于量子信息处理的高质量量子比特和光子腔方面的重大进展为将磁振子与量子系统集成提供了物理平台。在这些努力的基础上，量子磁振子学这一高度交叉的领域出现了，它结合了自旋电子学，量子光学和量子信息科学。在这里，我们给出了最近的发展概述有关的量子态的磁振子和它们的杂交与成熟的量子平台。首先，我们回顾了磁振子和量子纠缠的基本概念，讨论了磁振子量子态的产生和操纵，如单磁振子态、压缩态和量子多体态，包括玻色-爱因斯坦凝聚和由此产生的自旋超流。我们讨论了如何将磁振子系统与量子平台（包括腔光子、超导量子比特、氮空位中心和声子）集成和纠缠，以实现相干信息传输和协作信息处理。这些混合量子系统的非厄米物理和宇称时间对称性的影响突出，以及在量子存储器和高精度测量的应用。最后，我们提出了在量子磁的机会展望。
2022-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Engineered Dissipation for Quantum Information Science
本综述阐述了量子器件中受控耗散的作用，介绍了耗散工程在量子测量、态制备等方面的应用，及其对实现实用化量子信息处理的意义。
2022-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
