The information-theoretic foundation of thermodynamic work extraction
在本文中，我应用新提出的信息理论的原则，热力学功提取。我表明，如果它是可能的提取工作确定性从一个物理系统准备在任何一组状态，那么这些状态必须彼此区分。这一结果是独立于尺度和特定的动力学定律的;它还提供了热力学和信息论之间的新联系，通过能量守恒定律（而不是热力学第二定律）建立。尽管与这些结论相容，现有的热力学方法不能提供这样的一般性的结果，因为它们是尺度依赖的（依赖于合奏或粗粒化）或绑定到特定的动力学定律。因此，本文提供了一个更广泛的基础热力学，与冯诺依曼的通用构造理论的影响
2021-06-21 physics.comp-ph quant-ph
Quantum Computing and Dynamical Quantum Models
一个动态的量子模型指定一个本征态给一个指定的观察，即使没有测量，并给出一个随机演化规则的本征态。这样一个模型产生了一个量子态在经典历史上的分布。我们研究从该分布中抽样可以计算出什么，即，通过检查观察者的整个历史。我们表明，相对于预言机，人们可以在多项式时间内解决甚至对量子计算机来说都难以解决的问题;并且可以以N^{1/3}步（尽管不少于）的顺序搜索N元素列表。
2002-05-11 quant-ph
Robust dynamical decoupling for quantum computing and quantum memory
动态去耦（DD）是一种用于保护量子位不受环境影响的流行技术。然而，除非特别小心，在这种技术中使用的控制脉冲的实验误差可以破坏的量子信息，而不是保存it.Here，我们调查的技术，使DD序列对不同类型的实验误差鲁棒性，同时保持良好的去耦效率在波动的环境。我们给出了固态核自旋量子比特的实验数据，并介绍了一种新的适合于量子计算和量子存储的DD序列。
2011-06-17 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Detecting arbitrary quantum errors via stabilizer measurements on a sublattice of the surface code
为了构建容错量子计算机，必须实现量子纠错码。这种代码依赖于提取关于量子错误伴随式的信息而不破坏系统中编码的量子信息的能力。稳定器码是这个问题的有吸引力的解决方案，因为它们类似于经典的线性码，具有简单且易于计算的编码网络，并且允许有效的伴随式提取。在这些代码中，通过多量子位稳定器测量来执行校正子提取，这些测量是直到本地操作的位和相位奇偶校验。在此之前，稳定码已经在原子核、俘获离子和超导量子比特中实现。然而，这些实现缺乏执行容错伴随式提取的能力，这对于所有物理量子计算系统来说仍然是一个挑战。在这里，我们通过实验证明了这个问题的关键一步，通过使用超导量子比特的2 × 2晶格，通过同时进行量子非破坏稳定器测量来执行伴随式提取和任意错误检测。该晶格表示用于表面码的原始瓦片，该表面代码是用于可扩展量子计算的有前途的稳定器代码。此外，我们成功地证明了在存在任意应用误差的情况下，通过高保真综合征测量，纠缠态的保持。我们的研究结果支持了采用超导量子比特晶格进行大规模容错量子计算的前景。
2014-10-23 quant-ph
Protected quantum computing: Interleaving gate operations with dynamical decoupling sequences
在量子系统上实现精确操作是在嘈杂环境中构建量子设备的最大挑战之一。动态退耦（DD）减弱了环境噪声的破坏性影响，但到目前为止，它主要用于量子存储器。在这里，我们提出了一个一般的计划相结合的DD与量子逻辑门操作，并证明其性能的例子上的一个电子自旋量子位的一个单一的氮空位中心的钻石。对于比未受保护的失相时间$T_{2}$长2个数量级的选通时间，我们实现了>98%的工艺重复性。
2013-07-19 quant-ph
Geometric vs. Dynamical Gates in Quantum Computing Implementations Using Zeeman and Heisenberg Hamiltonians
量子计算在几何相位方面，即Berry或Aharonov-Anandan相位，在一定程度上是容错的。我们研究其实现的基础上塞曼耦合旋转场和各向同性海森堡相互作用，描述NMR，也可以实现在量子点和冷原子。利用量子比特基态的一种新的物理表示，我们构造了基于Berry相位和Aharonov-Anandan相位的$π/8$和Hadamard门。对于旋转场中的两个相互作用的量子比特，我们发现，当两个量子比特的旋磁比相等时，基于Berry相位或基于Aharonov-Anandan相位的两个量子比特门总是不可能构造的。在实现量子门的通用集合时，可以组合几何$π/8$和Hadamard门以及动态$\sqrt{\rm SWAP}$门。
2008-09-12 quant-ph
Quantum Ciphertext Dimension Reduction Scheme for Homomorphic Encrypted Data
当前，面对云计算中庞大复杂的数据，量子计算的并行计算能力显得尤为重要。采用量子主元分析算法作为量子态层析成像的一种方法。对特征分解后的密度矩阵的特征值矩阵进行特征提取，实现降维，提出量子主成分提取算法（QPCE）。与经典算法相比，该算法在一定条件下实现了指数加速比。给出了量子线路的具体实现。并考虑到客户端计算能力有限，提出了一种量子同态密文降维方案（QHEDR），客户端可以对量子数据进行加密并上传到云端进行计算。并通过量子同态加密方案来保证安全性。计算完成后，客户端在本地更新密钥并解密密文结果。我们实现了一个在量子云中实现的量子密文降维方案，该方案不需要交互，保证了安全性。此外，我们还在IBM的真实计算平台上对QPCE算法进行了实验验证，并给出了一个在云中执行混合量子线路的简单例子来验证我们方案的正确性。实验结果表明，该算法能够安全有效地进行密文降维。
2020-11-24 quant-ph
Dynamical description of quantum computing: generic nonlocality of quantum noise
在弱耦合极限下，在最低阶近似下，发展了量子计算的动力学非马尔可夫描述。我们证明了量子库的长程记忆使噪声的结构与量子算法之间产生了很强的相关性，这意味着噪声的非局域攻击。然后，我们认为，量子纠错方法无法保护量子计算对电磁或声子真空，表现出$1/t^4$记忆。这表明，量子纠错理论的隐含假设--噪声和自动力学的独立性--在长时间范围内失效。我们还使用我们的方法提出了{ \it纯}退相干和退相干伴随耗散水库的谱密度。所谓的{ \it动态解耦}方法在这方面进行了讨论。最后，我们提出了{ \it最小退相干模型}，其中退相干的唯一来源是真空。在门速度和退相干强度之间进行权衡，优化了量子信息处理的保真度。
2001-07-30 quant-ph
Efficient Extraction of Light from a Nitrogen-Vacancy Center in a Diamond Parabolic Reflector
固体中的量子发射器正在开发用于一系列量子技术，包括量子网络，计算和传感。然而，由于大多数主体材料的高折射率，剩余的挑战是差的光子收集。在这里，我们克服了这个限制，通过引入单片抛物面反射器作为一个有效的几何结构，从量子发射器的宽带光子提取和实验证明这种设备的氮空位（NV）中心的金刚石。模拟表明，光子收集效率超过75%的整个可见光谱和实验设备，使用高吞吐量灰度光刻工艺制造，证明了$(48\pm 5)$ %的光子提取效率。该设备实现了$(12\pm 2)$的原始实验效率，荧光检测率高达单个NV中心每秒的$(4.6 - 5.7)\times 10^6$计数。
2017-11-06 quant-ph
Quantum Computing of Poincare Recurrences and Periodic Orbits
量子算法的建立，使庞加莱递归时间和经典动力系统的周期轨道。结果表明，指数增益与经典算法相比，可以达到一类限制系统。二次增益可以实现一个更大的动态系统集。最简单的情况可以用少量的量子位来实现。
2004-01-30 cond-mat nlin.CD quant-ph
Rigorous Bounds on the Performance of a Hybrid Dynamical Decoupling-Quantum Computing Scheme
我们研究了多量子比特环境中的动态解耦，在那里它与量子逻辑门相结合。这是说明在使用海森堡相互作用的计算方面，其中全球去耦脉冲与计算交换。我们推导出一个严格的误差范围的跟踪距离或保真度之间的所需的计算状态和实际的时间演变的状态，系统耦合到一个有界强度浴。的约束表示在有效的哈密顿算子产生的解耦和逻辑运算的存在下的演变的运营商规范。我们应用的情况下的周期性脉冲序列的约束，并发现，为了保持恒定的跟踪距离或保真度，周期的数量-在固定的脉冲间隔和宽度-规模成反比的量子比特的数量的平方。这对使用周期性动态解耦的量子计算的保护设置了可扩展性限制。
2008-03-30 quant-ph
Off-line quantum-advantage feature extraction for industrial production
Kipu Quantum GmbH（基普量子有限公司）
本文提出量子特征代理框架，通过让量子计算机仅处理少量精心选择的子样本，而非所有样本，从而在工业生产中实现更高效的特征提取，减少计算成本。
2026-05-19 quant-ph
Efficient extraction of quantum Hamiltonians from optimal laboratory data
最优识别（OI）是最近发展起来的一种从实验数据中提取关于量子哈密顿量的最优信息的方法，该方法使用成形控制场来驱动系统，使得动态测量提供关于其哈密顿量的最大信息。然而，虽然是最佳的，但OI在计算上是昂贵的，如最初提出的。在这里，我们描述了统一的OI与高效的全球，非线性地图促进数据反演程序。这种组合有望使OI技术更适合实验室实施。一个模拟的地图方便的OI进行表明，输入输出地图可以大大加快反演过程。
2003-12-29 quant-ph
Extraction of autonomous quantum coherences
量子相干性是获得超越经典物理和技术的优势的重要资源。最近，有人提出，低温环境可以诱导自旋的量子相干性，而无需外部相干泵浦。我们解决了一个关键问题，如果这种一致性是提取的弱耦合到输出系统动态影响回自旋环境耦合。描述整个机制，我们证明，这种提取是一般可能的输出自旋（振荡器或字段），以及，在这样一个过程的费米子模拟。我们比较了内部自旋相干性和输出相干性随温度和特征频率的变化。所提出的最佳相干性提取为即将到来的原子和固态系统的实验测试开辟了道路。
2022-04-14 quant-ph
The quantum-advantage resource in multimode OPA light: Identification, optimization, extraction
Texas A&M University（德州农工大学）
提出混合多模高斯态中量子复杂性资源的概念，通过凸优化和光子数统计定量表征量子优势，并优化脉冲OPA生成和提取数千个纠缠压缩模。
2026-06-18 quant-ph
Graph state extraction from two-dimensional cluster states
本文提出通过单量子比特测量从二维簇态提取任意图态的方法，引入图态操纵工具并优化开销，应用于量子网络与分布式计算。
2025-10-10 quant-ph
Information Processing Capacity of Spin-Based Quantum Reservoir Computing Systems
复杂量子系统的动力学行为可以用于信息处理。为此，最近推出了具有伊辛自旋网络的量子库计算（QRC），作为经典库计算的量子版本。反过来，水库计算是一种神经启发的机器学习技术，包括利用动态系统来解决非线性和时间任务。我们表征的自旋为基础的QRC模型的性能与信息处理能力（IPC），它允许量化的计算能力的动力系统超出特定的任务。IPC的输入注入频率，时间复用，和不同的测量观测值，包括本地自旋测量以及相关性的影响，解决。我们找到一个最佳的输入驱动的条件，并提供不同的选择用于读出的输出变量的替代方案。这项工作建立了一个清晰的图像的计算能力的量子网络的自旋水库计算。我们的研究结果铺平了道路，未来的研究QRC无论是从理论和实验的角度来看。
2020-10-13 quant-ph
Quantum Graph Convolutional Networks Based on Spectral Methods
本文提出基于谱方法的量子图卷积网络，通过量子构造拉普拉斯矩阵、相位估计和量子并行性加速卷积，理论证明相对经典方法在节点数上实现指数级加速。
2025-03-09 quant-ph
Dynamical mean field theory with quantum computing
本文探讨利用量子计算技术克服经典杂质求解器在模拟强相关系统时的计算瓶颈，提出全量子和混合算法方案。
2025-07-31 cond-mat.str-el quant-ph
Noise-resilient quantum evolution steered by dynamical decoupling
现实的量子计算受到噪声的影响。量子计算研究的一个重要前沿是实现量子比特的抗噪声量子控制。动态解耦可以保护量子比特的相干性。在这里，我们展示了由动态解耦控制引导的非平凡量子演化，该控制自动抑制噪声效应。我们设计并实现了一个自保护的控制非门的电子自旋的氮空位中心和附近的碳-13核自旋在室温下在金刚石中，通过采用工程动态解耦控制的电子自旋。最终状态的结晶度为0.91和0.88，即使与不完美的初始状态。与此同时，量子比特相干时间至少延长了30倍。该设计方案不要求动态解耦控制与量子位相互作用对易，适用于一般系统。这项工作标志着向现实的量子计算迈进了一步。
2013-10-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
