Classically Augmented Zero-Noise Extrapolation
Fraunhofer Institute for Computer Graphics Research IGD（弗劳恩霍夫计算机图形学研究所在）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
研究量子误差缓解的量子-经典混合方法，提出经典增强零噪声外推法，用经典模拟估计取代高噪声理查森外推节点，推导最优采样下的方差 reduction，经数值验证，截断偏差小时均方误差降低。
2026-08-14 quant-ph
Odd-Order Aberration-Cancellation in Correlated-Photon Imaging
我们讨论的相关双光子成像装置，是能够产生的图像是免费的光学系统引入的奇数阶像差的影响。我们表明，量子纠缠和经典相关光源都能够产生所需的空间像差抵消。
2010-08-04 quant-ph
Classical simulation of boson sampling with sparse output
玻色子采样可以模拟经典模拟效率低下的物理问题。然而，并不是所有的问题模拟玻色子采样是经典的棘手。我们考虑的情况下，它是已知的玻色子采样的结果是稀疏的。它可以从几个经典可计算的边缘分布中确定。然而，联合分布的恢复可能具有高复杂度。我们展示了经典的有效方法的恢复假设高稀疏性的联合分布。讨论了各种扩展，包括涉及量子退火的版本。
2019-10-11 quant-ph
Correlated imaging, quantum and classical
我们分析表明，它是可能的，通过使用两个光束的经典相关分裂非相干热辐射进行相干成像。这种情况下的两个经典相关光束的处理平行的配置的基础上产生的两个纠缠光束的参量下转换，并指出一个基本的类比。在一个具体的数值例子中的结果进行了比较。
2003-07-25 quant-ph
Fast Scrambling in Classically Simulable Quantum Circuits
本研究扩展了超克利福德电路的可模拟性，证明其包含快速置乱器，并实现数千量子比特下OTOC的经典计算。
2025-06-23 hep-th quant-ph
Disentangling magic states with classically simulable quantum circuits
The Abdus Salam International Center for Theoretical Physics (ICTP)（阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心）；T.C.M. Group, Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室理论物理组）；DAMTP, University of Cambridge（剑桥大学应用数学与理论物理系）；Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Università di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学E. Pancini物理系）
研究证明通过特定量子电路可高效解缠复杂状态，提出新的状态设计方法和电路压缩方案。
2025-12-08 quant-ph
Classically simulating near-term partially-distinguishable and lossy boson sampling
玻色子采样是从线性光学干涉仪输出的不可分辨的单光子的相同分布中采样的问题。这是一个非通用量子计算的例子，被认为在短期内是可行的，不能在经典机器上模拟。像所有声称的“量子霸权”的演示一样，这促使优化经典模拟方案以实现问题的现实模型，在这种情况下，当实现遇到丢失或可区分的光子时，玻色子采样。虽然目前的模拟方案充分不完美玻色子采样是经典的有效性，原则上多项式运行时间可能是不切实际的大。在这项工作中，我们开发了一个方案的经典模拟玻色子采样均匀的可分辨性和损失的基础上，从分布的采样的想法，其中最多k个光子是不可区分的。我们表明，渐近此方案可以提供一个多项式的改进，在运行时相比，经典模拟理想玻色子采样。更重要的是，我们表明，在该制度认为实验相关的，我们的方法给出了一个显着的改善，在运行时间比其他经典的模拟方法。
2019-06-28 quant-ph
Classically-Controlled Quantum Computation
量子计算通常在经典世界的控制下进行。我们介绍了一个经典控制的量子图灵机（CQTM），这是一个图灵机（TM）与量子磁带作用于量子数据，和一个经典的过渡函数的形式化的经典控制。在CQTM中，允许酉变换和测量。我们表明，任何经典的TM模拟的CQTM没有损失的效率。经典计算和量子计算之间的差距，已经在基于测量的量子计算的框架中指出，得到证实。为了理解编程经典TM和CQTM的相似性，给出了示例。
2007-04-04 cs.CC quant-ph
Lensless Fourier-Transform Ghost Imaging with Classical Incoherent Light
采用一种新的无透镜方案，用经典非相干光在菲涅耳距离上对纯振幅物体和纯相位物体进行了傅里叶变换鬼像实验研究。实验结果与相应物体的标准傅里叶变换结果吻合较好。该方案提供了一种新的途径，无像差衍射限制的3D图像与经典的非相干热光，它没有分辨率和景深的限制，基于透镜的层析成像系统。
2006-05-22 quant-ph
Convergence condition of simulated quantum annealing with a non-stoquastic catalyst
具有横向场和反铁磁横向相互作用的伊辛模型在计算基中被表示为具有非零非对角元素的矩阵，这些非对角元素具有正负符号，因此可以被认为是非随机的。我们表明，这样的系统在适当的铃木-特罗特表示下的局部玻尔兹曼因子可以选择为非负的，因此，如果参数值仅限于整个参数空间的子空间，则可能被经典地模拟而没有符号问题。然后，我们推导出的条件，使该系统的模拟量子退火收敛到热平衡在长时间限制的参数渐近满足。
2023-02-02 quant-ph
The cost of simulating classically tractable quantum circuits and dynamics
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；European Organization for Nuclear Research (CERN)（欧洲核子研究组织（CERN））；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院（EPFL））；Chulalongkorn University（朱拉隆功大学）
本文分析经典可模拟量子电路在实践中的模拟成本，通过三种资源度量识别量子与经典模拟各自更优的区间，指出仅凭多项式可模拟性不足以决定实现方式。
2026-09-11 quant-ph
Efficient classical simulation of the approximate quantum Fourier transform
基于Markov和Shi（quant-ph/0511069）的张量收缩模型，提出了一种经典模拟量子线路的方法.利用这种方法，我们能够在多项式时间内经典地模拟近似量子傅里叶变换。此外，我们的方法使我们能够制定一个条件的可模拟的量子线路的可组合性。我们使用这个条件表明，任何电路组成的一个常数数量的近似量子傅里叶变换电路和有限的相互作用范围的对数深度电路也可以有效地模拟。
2006-11-23 quant-ph
On the simulation of quantum circuits
我们考虑最近的工作，量子线路的模拟使用矩阵乘积状态的形式主义和收缩张量网络的形式主义。我们提供了许多这些结果的简化的直接证明，扩展了一类明确的有效模拟电路（具有有限范围的2-qubit门的对数深度电路）到以下：设C是n个qubit上的任何多晶硅尺寸的量子线路（通常也是多晶硅深度），包括1-和2- qubit门和1-qubit测量（2-qubit门作用于任意对的qubit线）。对于每条量子位线j，令D_j为接触或穿过线j的2量子位门的数量，即应用于量子位i，k的2量子位门的数量，其中i \leq j \leq k。设D=max_jD_j，则量子过程可以在时间n poly（2^D）上经典模拟。因此，如果D=O（log n），则C可以有效地经典模拟。
2006-03-19 quant-ph
Two-photon imaging and quantum holography
有人声称，“在成像系统中使用纠缠光子可以表现出任何其他双光子源无法模仿的效果，无论两个光子之间的相关性如何”[A]。F.阿布拉迪湾E. A. Saleh，A. V. Sergienko和M. C. Teich，Phys. Rev. Lett. 87，123602（2001）]。虽然我们相信引用的陈述是正确的，但我们表明，该论文中提出的方法，其中一个光子的“桶检测”，将给出与适当准备的经典相关态相同的纠缠态结果。
2002-11-19 quant-ph
Classically entangled optical beams for high-speed kinematic sensing
快速运动物体的运动学跟踪是科学和工程领域的重要诊断工具。现有的光学方法包括高速CCD/CMOS成像，条纹相机，激光雷达，串行时间编码成像和顺序定时全光学映射。在这里，我们展示了一种全新的方法，位置和方向传感的基础上的概念，经典纠缠矢量光束。测量原理依赖于这种光束中存在的横向空间模式和偏振之间的固有相关性。后者可以从强度测量中确定，只需几个快速光电二极管，大大超过了当前CCD/CMOS器件的带宽。通过这种方式，我们的设置能够实现具有GHz范围内的时间分辨率的二维实时感测。我们希望这一概念能为基于光子学的计量和传感开辟新的方向。
2016-01-15 physics.optics quant-ph
Commuting quantum circuits: efficient classical simulations versus hardness results
对由交换门组成的量子线路的研究对于理解量子计算和经典计算之间的微妙界限特别有用。事实上，虽然是一个受限制的类别，但交换电路表现出真正的量子效应，如纠缠。在本文中，我们表明，计算能力的交换电路表现出令人惊讶的丰富的结构。首先，我们表明，每个2-本地交换电路作用于d-能级系统，其次是单量子点测量可以有效地模拟经典的高精度。与此相反，我们证明，这样强的模拟是很难为3-本地电路。使用采样方法，我们进一步表明，所有由指数泡利算子e^{iθP}组成的交换电路可以有效地进行经典模拟时，其次是单量子比特的测量。最后，我们表明，交换电路可以有效地模拟某些非交换过程，特别是有关恒定深度的量子线路。这证明了交换电路的能力超越了经典计算。
2012-04-20 quant-ph
Methods for Classically Simulating Noisy Networked Quantum Architectures
随着构建可扩展量子计算机的研究取得进展，能够证明其正确性非常重要。由于经典模拟量子计算的指数硬度，通过经典模拟直接验证失败。然而，我们可以经典地模拟小规模量子计算，因此我们能够测试设备在该领域的行为是否符合预期。当我们扩展到无法再模拟的尺度时，这是对预期的量子优势获得信心的第一步。现实设备由于其架构而具有限制，并且由于物理缺陷和噪声而具有限制。在这里，我们通过考虑这些影响来扩展通常的理想模拟。我们提供了一个通用的方法来构建逼真的模拟仿真的物理系统，这将提供一个基准的现实设备，并指导实验研究在追求量子优势。我们通过模拟网络架构和相应的噪声模型，特别是在网络量子信息技术中心（NQIT）开发的设备，来验证我们的方法。对于我们的模拟，我们使用适当的修改，经典的模拟器的Bravyi和Gosset。所考虑的具体问题属于瞬时量子多项式时间（IQP）问题，一类被认为是很难的经典计算设备，是一个很有前途的候选人的第一次演示量子优势。我们首先考虑IQP的一个子类，由Bermejo-Vega等人定义，涉及二维动态量子模拟器，然后移动到更一般的IQP实例，但仍然限于NQIT的架构。
2019-11-15 quant-ph
Bang-bang control as a design principle for classical and quantum optimization algorithms
物理激励的经典启发式优化算法，如模拟退火（SA）处理的目标函数作为一个能量景观，并允许步行者逃脱局部极小值。有人认为，量子特性，如隧道效应，可能会给量子算法的优势，在寻找基态的巨大，崎岖的成本景观。事实上，量子绝热算法（QAO）和最近的量子近似优化算法（QAOA）已经在被认为是经典困难的各种问题实例上显示出有希望的结果。在这里，我们认为，优化算法所使用的控制策略的类型可能是其成功的关键。随着SA，QAO和QAOA，我们定义了一个新的，bang-bang版本的模拟退火，BBSA，并研究了这些算法的性能，从文献中的两个良好的研究问题的实例。无论是经典的和量子的，成功的控制策略被发现是砰砰，指数优于准静态类似物在相同的情况下。最后，我们针对一类对称代价函数构造了O（1）深度的QAOA协议，并给出了相应的物理描述。
2019-08-02 quant-ph
Efficient classical simulation of cluster state quantum circuits with alternative inputs
本文证明，当簇态量子电路的输入态接近计算基对角态时，存在常数λ≈2.06，使得有限度晶格系统可被高效经典模拟，并通过粗粒化方法扩大了可模拟区域，推广至qudit系统。
2024-01-25 quant-ph
Quantum Convolutional Neural Networks are Effectively Classically Simulable
Information Sciences, Los Alamos National Laboratory（信息科学部，洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Donostia International Physics Center（多诺斯蒂亚国际物理中心）；Department of Applied Physics, Gipuzkoa School of Engineering, University of the Basque Country (UPV/EHU)（应用物理系，吉普斯夸工程学院，巴斯克大学）；Theoretical Division, Los Alamos National Laboratory（理论部，洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文指出量子卷积神经网络在经典计算上可被高效模拟，其成功源于对简单数据集的基准测试，而非量子优势。
2026-02-20 cs.LG quant-ph stat.ML
Dissipative Quantum Multiplicative Weights with Sampling Feedback: A Classically Hard Primitive Realized via Engineered Open-System Dynamics
Bina Nusantara University（印尼信德大学）；Institut Teknologi Bandung（万隆理工学院）
提出DQMW-Sample在线学习原语，利用工程化开放量子系统动力学制备吉布斯态，通过计算基测量提供损失反馈，实现经典不可高效模拟的亚线性遗憾，并证明谱隙抑制硬件噪声。
2026-06-26 quant-ph
Coherent Imaging Spectroscopy of a Quantum Many-Body Spin System
量子模拟器，其中控制良好的量子系统用于再现不太了解的动力学，有可能探索无法用经典计算机建模的物理学。然而，随着系统规模的增加，检查这种模拟的结果也将变得经典棘手。在这项工作中，我们引入并实现了相干成像光谱技术来验证量子模拟，就像磁共振成像揭示凝聚态物质的结构一样。我们用这种方法确定了全连通量子多体系统的能级和相互作用强度。此外，我们直接测量的量子相变附近的临界能隙的大小。我们希望这种通用技术能够成为量子模拟器的重要验证工具，一旦实验超越了原理证明的演示，并超过了传统计算机的资源。
2014-01-22 quant-ph
Adaptive Quantum Computation, Constant Depth Quantum Circuits and Arthur-Merlin Games
我们提出的证据表明，存在量子计算，可以在恒定的深度进行，使用2-qubit门，不能模拟经典的高精度。我们证明，如果一个可以模拟这些电路的经典有效的复杂性类BQP包含在AM。
2004-03-11 cs.CC quant-ph
Ghost imaging, quantum and classical aspects
我们分析表明，它是可能的，通过使用两个光束的经典相关分裂非相干热辐射进行相干成像。一个正式的类比证明两个这样的经典相关光束和两个纠缠光束产生的参量下转换。由于这种类比，经典光束可以定性地模拟纠缠光束的所有成像特性，甚至以迄今为止人们认为不可能的方式。一个关键特征是这些经典光束在近场和远场都是空间相关的。使用现实的数值模拟的准热和参数下转换源的性能被证明是非常相似的，无论是什么关系的分辨率和统计特性。本文的结果为讨论纠缠在关联成像中的作用提供了新的思路。
2004-05-11 quant-ph
Correlated-Photon Imaging with Cancellation of Object-Induced Aberration
我们表明，最近讨论的像差抵消干涉仪的设备可以修改执行相关光子成像在所谓的“鬼”成像配置。对于特定平面附近的物体，图像没有物体引起的相位失真。该装置的显著特点是，它可以用于以可能导致有用的效果和应用的方式对两个对象的图像进行叠加。我们表明，该装置的工作原理使用量子纠缠或经典相关的光源。
2010-06-17 physics.optics quant-ph
Quantum Schur Sampling Circuits can be Strongly Simulated
置换量子计算（PQC）[ \emph{Quantum~Info.~Comput.}，\textbf{10}，470- 497，（2010）]是一种自然的量子计算模型，其用于捕获量子计算的非经典方面。支持这一猜想的一个论点是，没有有效的经典算法来估计杨氏正交形式的$S_n$不可约表示矩阵的矩阵元素，这对应于一大类PQC电路的跃迁幅度。这个问题可以用PQC机在多项式时间内解决，但以前没有有效的经典算法。在这里，我们给出了一个经典的算法，有效地近似的过渡幅度多项式的加性精度，从而解决了这个问题。我们进一步扩展我们的讨论表明，更广泛的一类量子线路-量子舒尔采样电路-的跃迁幅度也可以有效地估计经典。
2018-05-16 quant-ph
On the hardness of classically simulating the one clean qubit model
单量子比特确定性量子计算（DQC 1）是一种量子计算模型，其中输入限于包含纯态的单个量子比特，所有其他量子比特处于完全混合态，在计算结束时只有单个量子比特测量[E. Knill和R. Laflamme，Phys. Rev. Lett. { \bf 81}，5672（1998）]。虽然已知DQC 1可以有效地解决一些没有已知的经典有效算法存在的问题，但DQC 1是否真的比经典计算更强大的问题仍然是开放的。在本文中，我们介绍了一个稍微修改的版本的DQC 1，我们称之为DQC 1 $_k$，$k$输出量子比特的测量，并表明，DQC 1 $_k$不能经典有效地模拟任何$k\geq3$，除非多项式层次崩溃在第三级。
2014-04-02 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el cs.CC
Classically Spoofing System Linear Cross Entropy Score Benchmarking
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)（科学技术研究局）；TCG CREST
本文研究了系统线性交叉熵评分（sXES）的量子优势演示，发现其在某些情况下可被经典计算高效模拟。
2026-02-03 cs.CC quant-ph
Interaction-Free Ghost-Imaging of Structured Objects
量子-或经典相关-光可以以各种方式使用，以提高分辨率和测量灵敏度。在“无相互作用”测量中，单个光子可以用来显示放置在干涉仪一个臂内的物体的存在，而不会被它吸收。这种方法以前曾应用于成像。利用一种被称为“重影成像”的技术，纠缠光子对用于检测不透明物体，具有显著改善的信噪比，同时防止过度照明。在这里，我们整合这两种方法，以获得一种新的成像技术，我们称之为“无相互作用的重影成像”，拥有这两种技术的好处。在保持传统重影成像的图像质量的同时，这种新技术还对结构化物体引入的光子的相位和偏振变化敏感。此外，由于这种新技术的“无相互作用”性质，可以减少产生物体的清晰图像所需的光子数量（否则可能会被光子损坏），使这种技术优于探测光敏材料和生物组织。
2018-07-10 quant-ph
Quantum Medical Imaging Algorithms
医学成像中的中心任务是根据由医学设备（例如，CT、MRI和PET扫描仪）。我们提供的量子算法的图像重建时，数据输入的量子态与经典同行的指数加速比。由于我们的算法的输出存储在量子态，重建图像的单个像素可能无法有效地访问经典，相反，我们讨论了各种方法来提取信息的输出使用各种量子后处理算法。
2020-04-23 eess.IV physics.med-ph quant-ph
Extensively Not P-Bi-Immune promiseBQP-Complete Languages
该研究用非Gottesman-Knill定理的方法证明存在无穷多可经典模拟的量子电路判定实例，发现多类限制可叠加且不破坏该性质，还构造出所有（承诺）BQP语言可一一归约的、非P双免疫的承诺BQP完全语言。
2024-06-24 cs.CC quant-ph
Quantum Supremacy for Simulating A Translation-Invariant Ising Spin Model
我们引入了一个中间量子计算模型，该模型由自旋不变的伊辛相互作用自旋建立。尽管是非通用的，该模型不能被经典有效地模拟，除非多项式层次崩溃。配备了固有的单实例硬度属性，在我们的模型中，一个单一的固定酉演化足以产生经典的棘手的结果，相比其他几个模型，依赖于不同的酉（实例）的合奏的实现。我们提出了一个可行的实验方案来实现我们的哈密顿模型使用冷原子捕获在一个正方形光晶格。我们制定了一个程序来证明这个量子机器的正确功能。假设测量缺陷足够小，认证仅需要多项式数量的局部测量。
2017-01-21 quant-ph
High-dimensional classically entangled light from a laser
矢量结构光已经在许多不同的应用中成为一种使能工具，从通信到成像，利用不可分离的空间变化偏振结构的量子相关性。在源处创建这些状态仍然具有挑战性，并且目前仅限于定制激光器的二维矢量状态。在这里，我们调用一个简单的激光腔中的射线波的对偶性，以产生偏振标记的多路径模式，是不可分离的三个自由度和八个维度。作为一个典型的例子，我们使用我们的激光产生一套完整的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）基态，模拟高维多体纠缠与经典光，我们证实了一个新的投影方法。我们提供了一个完整的理论框架，我们的激光器基于SU（2）对称群，揭示了丰富的参数空间进一步开发。我们的方法只需要一个传统的激光器，没有特殊的光学元件，很容易扩展到更高的维度，并提供了一个简单而优雅的解决方案，在结构光的经典纠缠态的源创建，在模拟和增强高维量子系统开辟了新的应用。
2020-02-05 physics.optics quant-ph
The Physics of Ghost Imaging
量子力学最令人惊讶的结果之一是在远距离粒子探测器的联合探测中可观察到的非局域多粒子干涉。鬼影成像就是这样的现象之一。自1995年以来，已经实验证明了两种类型的鬼成像。第一类重影成像使用纠缠光子对作为光源。非局部点到点成像相关性是大量双光子振幅之间的建设性-破坏性叠加的结果，这是一个非经典实体，对应于在遥远的光电探测器之间产生联合探测事件的不同但无法区分的替代方式。第二类鬼成像使用混沌热光。第二类成像相关性是成对双光子振幅之间干涉的结果，对应于两个不同但不可区分的替代方式，通过两个独立的光子触发联合探测事件。关于鬼成像的大量混淆来自于“鬼影”。与X射线摄影类似，鬼影可以通过同向旋转激光束或经典相关的“散斑”的“阻挡-部分阻挡-解除阻挡”来实现。“鬼影”的确是一个经典现象。然而，鬼成像的物理原理是根本不同的。本文旨在探讨鬼像成像的非局域双光子干涉性质。
2009-09-29 quant-ph
Gaining confidence on the correct realization of arbitrary quantum computations
本文提出验证协议，利用匹配门计算的可模拟性及额外资源，结合弱模拟、随机编译和经典统计，设计出与原电路相似且可在有错误时高效模拟的验证电路，以增强对任意量子计算正确实现的信心。
2025-08-08 quant-ph
Communication cost of classically simulating a quantum channel with subsequent rank-1 projective measurement
一个量子比特的准备、传输和随后的投影测量过程可以通过一个经典模型来模拟，其中只有两个比特的通信和一定量的共享随机性。然而，目前还没有已知的n个量子比特与有限数量的经典通信的模型。通信成本的下限可以为泛化提供有用的提示。例如，已知通信量必须大于c 2^n，其中c~0.01。证明使用了一个相当复杂的通信复杂性定理。利用一个被称为“双帽猜想”的数学猜想，我们通过给出下界2^n-1的几何和极其简单的推导来加强这一结果。在推导中只涉及秩1的投影测量。
2011-12-23 cs.IT math-ph math.IT
Positive Wigner functions render classical simulation of quantum computation efficient
我们表明，量子线路的初始状态和所有后续的量子操作可以表示为正维格纳函数可以经典有效地模拟。对于奇素数维的连续变量系统和离散变量系统都是如此，这两种情况将在完全相同的基础上处理。注意到Clifford和Gaussian运算保持了Wigner函数的正性，我们的结果推广了Gottesman-Knill定理。我们的算法提供了一种从计算或模拟的输出分布中采样的方法，包括在初始状态、门或测量的采样不完善的情况下从近似输出分布中高效采样。从这个意义上说，这项工作突出了正维格纳函数的作用，从那些潜在的通用量子计算和模拟分离经典有效的模拟系统，它强调了负维格纳函数作为计算资源的作用。
2012-09-19 quant-ph
Impossibility of Classically Simulating One-Clean-Qubit Computation
单量子比特确定性量子计算（DQC 1）是一种受限的量子计算模型，其输入态是除单个干净量子比特外的完全混合态，并且在计算结束时仅测量单个输出量子比特。证明了量子计算对DQC 1模型的限制不会改变复杂性类NQP和SBQP。作为一个主要的结果，它遵循的DQC 1模型不能有效地模拟经典计算机，除非多项式时间层次崩溃到第二个层次（更准确地说，AM），这回答了长期以来的开放问题提出的Knill和Laflamme下非常合理的复杂性假设。本文中的论点也削弱了复杂性假设所必需的现有的不可能性结果的各种亚通用的量子计算模型，如IQP模型和玻色子采样的经典模拟。
2015-02-26 cs.CC quant-ph
Quantum and classical annealing in a continuous space with multiple local minima
量子退火的协议被施加到一个一维连续自由度的优化问题，由Shinomoto和Kabashima提出的问题的一个变体。能源景观有一些局部极小值，和模拟退火的经典方法预测有一个缓慢的收敛到全局最小值。我们通过大量的数值分析表明，量子退火产生幂律收敛，从而比模拟退火指数改善。功率更大，因此收敛速度更快，比现有的现象学理论对这个问题的预测。模拟退火的性能被证明是通过引入准全局搜索跨越能量障碍，导致幂律收敛，但具有较小的功率比量子的情况下，从而更慢的收敛经典，即使与准全局搜索过程。我们还揭示了如何非绝热量子动力学，特别是量子隧穿，引导系统走向全球最低的精心选择的退火时间表。后一个结果明确地对比了隧道效应在量子退火中的作用与模拟退火随机优化的经典对应物。
2022-03-22 quant-ph
Classical simulation complexity of extended Clifford circuits
克利福德门是一类结合了数学优雅和物理意义的迷人量子运算。Gottesman-Knill定理断言Clifford计算可以经典有效地模拟，但这只在适当限制的设置中才是正确的。在这里，我们考虑Clifford计算与各种其他成分：（a）强与弱模拟，（b）输入是计算基态与一般乘积态，（c）自适应与非自适应选择的门电路涉及中间测量，（d）单线输出与多线输出。我们认为，这些成分的所有组合的经典模拟复杂性，并表明，许多不是经典有效地模拟（受常见的复杂性假设，如P不等于NP）。我们的研究结果揭示了一个令人惊讶的接近经典的量子计算的权力，即一类经典模拟的量子线路，产生普遍的量子计算，如果扩展一个纯粹的经典额外的成分，不扩展类的量子过程发生。
2013-05-27 cs.CC quant-ph
Generalised Clifford groups and simulation of associated quantum circuits
只涉及克利福德操作的量子计算是经典可模拟的，尽管它们会产生高度纠缠的状态;这是戈特曼-尼尔定理的内容。在这里，我们隔离定理的成分，并提供其中一些概括的目的是识别新的类的模拟量子计算。在通常的构造中，克利福德运算是作为泡利群的第一和第二张量幂的投影正规化子而出现的。我们考虑用U（d）的任意有限子群G代替Pauli群。特别地，我们寻找G使得G张量G具有纠缠正规化子。通过Gottesman-Knill定理的推广，所得到的归一化器导致可以经典有效地模拟的量子线路的类别。对于d=2的量子比特情形，我们穷尽地处理了U（2）的所有有限子群，发现只有由X和Z的n次方根生成的群G_n具有纠缠正规化子（直到幺正等价和平凡相位扩展）。
2007-01-15 quant-ph
Comment on Ghost imaging with a single detector [arXiv0812.2633v2]
计算鬼成像最近已被实验证明。在这篇评论中，我们希望澄清伪热鬼成像（PGI）和计算鬼成像（CGI）之间的区别。特别是，为了强调所使用的源类型的差异所产生的物理学。[2]中的实验不是PGI实验，而是PGI的模拟。如果我们在单光子水平上考虑CGI，很明显CGI依赖于两个相同的光子，一个真实的，一个模拟的，来获得图像。
2009-02-11 quant-ph
Classical simulation of partially entangled states
我们研究了用高自旋的可分态模拟部分纠缠的两个量子比特态的可能性。首先，我们证明了所有的部分纠缠各向同性态都可以经典模拟。我们进一步研究了部分纠缠纯态和它们的二元混合物，发现这些系统禁止这样的模拟，这意味着可分性在确定一个状态的固有量子性质方面并不具有普适性。
2014-01-22 quant-ph
Ghost imaging schemes: fast and broadband
在重影成像方案中，通过测量通过物体的光束与参考光束之间的相关性来提取关于物体的信息。我们提出了一种空间平均技术，大大提高了这种方案的成像带宽，这意味着有关高频傅立叶分量的信息可以在重建的衍射图案中观察到。在多光子制度的平均可以并行进行，我们表明，这导致了更快的收敛的相关性。我们还考虑了重建的对象图像，并讨论了一个像像素的检测器和桶检测器的对象臂之间的差异。最后，它示出了如何非局部地使空间滤波的重建图像。结果使用纠缠光束产生的参数下转换，但它们是一般的，也可以扩展到使用经典相关的热类光束的重要情况。
2004-12-07 quant-ph
On Quantum-Assisted LDPC Decoding Augmented with Classical Post-Processing
利用现在和未来的量子计算机来解决不同领域的难题已成为目前的主要努力之一。当然，在达到必要的解决方案时，量子计算机和经典计算机都是协同工作的。随着低密度奇偶校验（LDPC）码及其译码的不断普及，本文将LDPC码的译码问题视为二次无约束二进制优化（QUBO）问题，并利用D-Wave 2000 Q量子退火算法对其进行求解。我们评估和比较这种实现对使用模拟退火（SA）和置信传播（BP）解码与经典计算机的解码性能。结果表明，退火（模拟和量子）的实现优于BP解码，并表明随着块长度的增加，优势变得更加突出。在有用的SNR范围内，对于模拟退火和量子退火观察到降低的误码率（BER）和误帧率（FER）-对于各种码字长度持续存在的趋势。
2022-04-21 quant-ph
Entanglement-Assisted Classical Capacity of Noisy Quantum Channels
发送者和接收者之间的先前纠缠，这正好是无噪声量子信道的经典容量的两倍，可以增加一些有噪声的量子信道的经典容量，根据信道的任意大的常数因子，相对于没有纠缠的最佳已知的经典容量。增强因子是最大的非常嘈杂的信道，具有正的经典容量，但零量子容量。虽然这样的量子信道可以被经典地模拟，但并不意味着违反因果关系，因为模拟至少需要与被模拟的信道的纠缠辅助经典容量一样多的前向经典通信。我们得到确切的表达式的纠缠辅助容量的去极化和擦除通道在d维。
1999-08-17 quant-ph
Practical verification protocols for analog quantum simulators
模拟量子模拟有望成为近期量子器件的重要应用。这些设备的验证没有比较已知的模拟结果将是一个重要的任务，因为系统的大小增长超出了制度，可以模拟经典。我们介绍了一套实验驱动的模拟量子模拟器的验证协议，讨论了它们对各种误差源的敏感性和它们对更大系统尺寸的可扩展性。我们证明了这些协议的实验使用两个量子比特的捕获离子模拟量子模拟器和数值上使用的模型多达五个量子比特。
2021-03-03 quant-ph
Classical Simulation of Arbitrary Quantum Noise
我提出了一个显式的经典模拟任意量子噪声的量子模型中，一个量子位相互作用的量子浴。经典模型通过随机幺正演化来模拟浴和量子比特的相互作用。我表明，任何任意的量子动力学，包括量子耗散，复发，和退相，可以模拟经典时，允许在经典模型中的酉算子依赖于系统和浴的初始状态。对于初始混合状态的系统和非产品状态的系统和浴，我证明了随机幺正扩展仍然是可能的，在一组纯态。
2017-10-25 quant-ph
Matchgates and classical simulation of quantum circuits
设G（A，B）表示两个量子比特的2-量子比特门，其分别在偶数和奇数奇偶校验子空间中充当1-量子比特SU（2）门A和B。使用Clifford代数形式主义，我们表明，这些门的电路的任意统一的家庭，仅限于最近的邻居（n.n.）量子位线，可以经典有效地模拟。这再现了最初由Valiant用他的匹配门形式主义证明的结果，随后被其他人与自由费米子物理学联系起来。我们进一步证明，如果n.n.条件稍微放松，允许相同的门只作用于n. n。下一个-n.n.量子位线，那么由此产生的电路可以有效地执行通用量子计算。从这个角度来看，有效的经典和量子计算能力之间的差距是通过非常适度地使用看似无害的资源（量子比特交换）来弥合的。我们还以各种方式扩展了上面的模拟结果。特别是，通过利用Clifford操作的特性与Clifford代数的Jordan-Wigner表示相结合，我们展示了如何可以概括上述模拟结果，以提供更多类的经典有效地可模拟的量子线路，我们称之为高斯量子线路。
2008-11-19 quant-ph
Real-time imaging of spin-to-orbital angular momentum quantum state teleportation
量子隐形传态是指一个未知的量子态在一个二分量子系统的两个空间分离的子空间之间进行传输的过程，这两个量子系统共享一个纠缠态并进行经典通信。在光子态的情况下，这个过程是概率性的，因为不可能用线性光学进行两粒子完整的贝尔态分析。为了实现确定性的隐形传态方案，已经提出利用单个粒子而不是第三个粒子的其他自由度。事实上，这导致了一种新型的确定性隐形传态方案，即所谓的混合隐形传态。本文首次实现了自旋-轨道角动量自由度的光子混合量子隐形传态。在我们的方案中，光子A的偏振态被转换为光子B的轨道角动量。通过增强的CCD摄像机实时可视化传送状态。通过进行量子态层析成像验证了隐形传态的质量，其确认了高于99.4%的平均保真度。我们相信这个实验为量子通信的一种新方式铺平了道路，在这种方式中，加密和解密是在自然不同的希尔伯特空间中进行的，因此可以提供增强安全性的方法。
2014-04-30 quant-ph
Quantum-Enhanced Stimulated Brillouin Scattering Spectroscopy and Imaging
本研究首次利用低功率连续波激光器和铷原子蒸气产生的双模压缩光，实现量子增强受激布里渊散射，信噪比提升3.4 dB，为生物和材料科学的光谱与成像应用提供高灵敏度新方案。
2022-07-14 physics.optics quant-ph
Metasurface-Assisted Quantum Ghost Discrimination of Polarization Objects
我们开发了一个超颖表面辅助鬼成像的概念，一组偏振对象之间的非本地歧视。特别设计的超颖表面被纳入成像系统中，以在量子纠缠或经典相关光子的一般椭圆基底中执行并行状态变换。然后，在多个超颖表面输出和对象之后的简单的偏振不敏感桶检测器之间的仅四个或更少的相关性测量可以允许识别完全或部分透明的偏振元件及其任意取向角。我们严格建立，纠缠光子态提供了一个基本的优势相比，经典的相关性为广泛的一类对象。该方法可以在动态环境中的不同光谱区域中找到实时和低光成像的应用。
2021-07-06 physics.optics quant-ph
Complexity Classification of Conjugated Clifford Circuits
Clifford电路--即仅由CNOT、Hadamard和$π/4$相位门组成的电路--在量子计算的研究中起着核心作用。然而，它们的计算能力是有限的：Gottesman和Knill的一个著名结果表明Clifford电路是有效的经典模拟。我们表明，相比之下，“共轭克利福德电路”（CCC）-其中一个额外的共轭每个量子位由相同的一个量子位门$U$ -可以执行硬采样任务。特别是，我们完全分类的CCC的计算能力表明，基本上任何非克利福德共轭酉$U$可以引起采样任务，不能有效地经典模拟常数乘法误差，除非多项式层次崩溃。此外，通过标准的技术，这个硬度的结果可以扩展到允许更现实的模型恒定的附加误差，根据一个合理的复杂性理论推测。这项工作可以被视为对所有受限量子门集的计算能力进行分类的进展。
2018-05-29 cs.CC quant-ph
Clifford Strategies in Interactive Protocols are Classically Simulatable
该研究提出$\text{Clifford-MIP}^\text{*}$复杂性类，证明其中的量子策略可被经典模拟且等于$\text{MIP}$类，还解决了相关开放问题，排除了一种提升量子优势测试效率的方案。
2025-09-03 cs.CC cs.CR quant-ph
