Towards a geometrical interpretation of quantum information compression
设S为有限纯量子态系综E的冯诺伊曼熵。我们表明，S可以自然地被视为一组几何体积的函数在希尔伯特空间中定义的状态和S是单调增加的，在这些变量中的每一个。由于S是E的Schumacher压缩极限，这种单调性性质表明压缩过程中涉及的量子冗余的几何解释。它提供了澄清以前的工作中，它表明，S可能会增加，同时增加重叠的每对状态的合奏。作为一个副产品，我们的数学技术也提供了一个新的解释的亚熵的E。
2003-09-24 quant-ph
Compressibility of Mixed-State Signals
我们提出了一个公式，确定每个消息的最佳量子比特数，允许渐近忠实压缩的混合状态的系综所携带的量子信息。混合状态的集合决定了希尔伯特空间分解为冗余部分和不可约部分。在去除冗余后，最佳压缩率被证明是由减少的合奏的冯诺伊曼熵。
2001-03-22 quant-ph
On the Entanglement Cost of One-Shot Compression
我们重新审视的任务，可见压缩的量子态与纠缠援助在一次性设置的系综。实现最佳压缩的协议使用比系综中状态中的量子比特数量多得多的共享纠缠量子比特。其他压缩协议，具有潜在的更大的通信成本，具有由给定状态中的量子比特的数量限制的纠缠成本。这引发了一个问题，即纠缠是否真的是压缩所必需的，如果是的话，需要多少。出于通信复杂性的问题，我们解除了某些限制，放置在压缩协议的任务，如状态分裂和信道模拟。我们表明，集成的形式设计的Jain，Radhakrishnan和森（ICALP'03）饱和的通信和纠缠成本的总和上的已知界限，即使与宽松的压缩协议，我们研究。集成和相关的单向通信协议有几个显着的属性。在没有共享纠缠的情况下，即使允许恒定的误差，该系综也是不可压缩的。此外，在存在共享纠缠的情况下，压缩的通信成本可以任意小于纠缠成本。因此，该协议的量子信息成本可以任意小于没有共享纠缠的压缩成本。该集成也可以用来显示通过压缩来减少用于计算布尔函数的两方协议中的共享纠缠的不可能性。
2020-07-03 cs.CC cs.IT math.IT
Compression of quantum measurement operations
我们概括了Massar和Popescu最近的工作，处理的数量的经典数据，产生的量子测量的量子态合奏。在以前的工作中，它显示了如何虚假的随机性通常包含在结果中可以被消除，而不减少知识量，以实现等于冯诺伊曼熵的合奏的数据量。在这里，我们通过更精确地描述什么构成等效测量（即提供关于量子态的相同知识的测量）以及考虑不完全测量来扩展这个结果。特别是，我们表明，人们总是可以关联到POVM与元素a_j，等效POVM作用于系统的许多独立副本，产生的数据量渐近等于熵亏损的系综正则关联到系综平均状态和初始测量（a_j）。在测量没有最大限度地细化的情况下，这个数据量严格小于冯诺伊曼熵，如在以前的工作中获得的。我们还表明，这是最好的可实现的，即它是不可能设计的测量相当于初始测量（a_j），产生更少的数据。我们讨论这些结果的解释。特别是，我们展示了它们如何可以被用来提供一个精确的和模型无关的测量量的知识，是由一个量子测量的量子态。我们还详细讨论了我们的结果与Holevo界之间的关系，同时给出了这个基本不等式的一个新的证明。
2000-12-22 quant-ph
From Quantum Source Compression to Quantum Thermodynamics
本论文研究的是量子信息理论领域的问题。论文的第一部分以一般量子源模型及其压缩的具体定义开始，随后的每一章都将特定源模型的压缩作为最初定义的一般模型的特例。首先，我们找到一个一般的混合状态源，其中包括作为特殊情况下，所有以前研究的模型，如舒马赫的纯和合奏源和其他混合状态合奏模型的最佳压缩率。对于可见和盲Schumacher系综模型之间的插值，我们找到了纠缠和量子率的最佳压缩率区域。随后，我们研究了著名的Slepian-Wolf问题的经典量子变分和量子态再分布的系综模型，我们找到了最佳的压缩率，考虑到每个副本的保真度和单字母可实现和逆边界匹配的功能，出现在相应的边界连续。论文的第二部分围绕量子热力学的信息论视角展开。我们从资源理论的角度来看，一个量子系统与多个非对易收费。随后，我们应用这个资源理论框架来研究一个传统的热力学设置与多个非交换守恒量组成的主系统，一个热浴和电池存储系统的各种守恒量。我们陈述了该系统的热力学定律，并证明了在系统的某些变换中会发生纯量子效应，即只有当系统的终态与热浴之间存在量子关联时，某些变换才是可行的.
2020-12-28 cs.IT math.IT quant-ph
Optimality in Quantum Data Compression using Dynamical Entropy
本文研究了Schumacher和Westmoreland提出的不定长量子码纯量子态弦的无损压缩。过去的工作假设量子数据串准备以独立和相同分布的方式编码。我们引入了量子随机系综的概念，使我们能够考虑以更一般的方式制备的量子态串。对于任意同分布的量子随机系综，我们定义了一个相关的量子马尔可夫链，并证明了无损编码的最优平均码字长度等于相关量子马尔可夫链的量子动力学熵.
2019-08-03 cs.IT math.IT quant-ph
Lossless quantum coding in many-letter spaces
基于多字母理论的概念，定义了一个可观测量来度量单个消息的原始量子信息内容。给出了量子码的Kraus表示的一般特征.压缩码由其减少给定消息集合的预期原始信息内容的性质定义。与有损码相比，无损量子码提供了具有完美保真度的原始数据的检索。一个通用的无损编码方案，给出了两个量子字母之间的转换。它表明，该计划是从来没有压缩。此外，一个无损的量子编码方案，类似于经典的霍夫曼方案，但不同的布劳恩斯坦方案，实现，它提供了最佳的压缩。受无损量子压缩概念的启发，定义了一个可观测量，它测量特定消息相对于给定先验消息系综的核心量子信息内容。这个可观测值的平均值产生冯诺伊曼熵。
2000-09-25 quant-ph
Lossless quantum data compression and variable-length coding
为了在不丢失信息的情况下压缩量子消息，有必要允许编码消息的长度变化。我们开发了一个通用的框架，可变长度的量子信息在密切类似的经典情况下，无损压缩是唯一可能的，如果要压缩的消息是已知的发送者。信息集合的无损压缩由其冯诺伊曼熵从下到上限定。我们表明，它是可能的，以减少通过量子信道的量子比特的数量，甚至低于冯诺伊曼熵通过添加一个经典的侧通道。我们给出了一个显式的通信协议，实现无损和瞬时的量子数据压缩，并将其应用到一个简单的例子。该协议可用于在线量子通信和量子数据存储。
2002-03-01 quant-ph
Shannon theory for quantum systems and beyond: information compression for fermions
本文针对费米子量子信息压缩，指出输入/输出保真度不足，提出纠缠保真度作为更严格可靠性指标，并证明冯·诺依曼熵为最小压缩速率。
2021-06-09 quant-ph
Quantum optical memory protocols in atomic ensembles
我们回顾了一系列的量子存储协议，旨在将光携带的量子信息存储到原子系综中。特别是，我们展示了如何一个简单的半经典形式主义允许深入了解各种内存协议，并突出它们之间的强类比。这些类比自然导致光存储协议分为两类，即光子回波和慢光存储。我们专注于存储和检索动力学作为一个关键步骤，映射到原子的激发光信息。最后，我们审查各种标准，适用于连续变量和光子计数测量技术，以证明这些存储器协议的量子性质。
2018-04-08 quant-ph
Quantum Memory Based on $Λ$-Atoms Ensemble with Two-Photon Resonance EIT
研究了基于$Λ$ -原子系综的量子存储器，用于存储探测光场携带的量子信息。系综中的两个原子拉比跃迁分别与量子探测场和经典控制场以相同的失谐量耦合。利用最近针对共振EIT情况开发的隐藏对称性分析（Sun，Li和Liu，Phys. Rev. Lett. 91，147903（2003）），我们证明了暗态和暗态极化激元仍然可以存在的情况下，双光子共振EIT。从这些暗态出发，我们构造了整个系统的一个完整的本征态类。为了实现量子信息的存储和提取，给出了绝热条件的显式形式。
2004-02-24 quant-ph
Robust quantum repeater with atomic ensembles and single-photon sources
我们提出了一个量子中继协议，使用原子系综，线性光学和单光子源。通过吸收按需单光子源发射的单光子，产生了原子系综$u$和$d$的两个局域“偏振”纠缠态，基于此，通过Bell态测量可以有效地建立四个系综之间的高保真局域纠缠.利用双光子干涉实现了基本链中的纠缠和链间的纠缠连接。除了对量子信道中的相位波动具有鲁棒性之外，与部分读取（PR）协议相比，该方案可以将具有更高保真度的量子通信加速约2个数量级，持续1280 km（Sangouard { \it et al.}，Phys.Rev.A { \bf 77}，062301（2008）），其可以在具有相同成分的先前方案中最快地产生纠缠。
2008-11-24 quant-ph
Quantum computing with collective ensembles of multi-level systems
我们提出了一种新的物理方法来编码和处理多能级量子系综中的量子信息，其中不同的比特不是由单个粒子携带，而是与不同内部能级的集体布居相关联。一位和两位门是通过集体内部状态转换来实现的，该转换在存在将每个内部状态的种群限制为零和一的激励阻断机制的情况下发生。10-20比特量子计算机可以通过该方案在受到里德伯激发阻断机制的基态原子的单个被捕获云中构建，并且寄存器大小与原子中的内部量子态的数量之间的线性依赖性提供了实现更大寄存器的现实手段。
2007-08-10 quant-ph
Correlated Photons from Collective Excitations of Three-Level Atomic Ensemble
系统地研究了两个量子化光场与一个由经典光场驱动的循环原子系综的相互作用。这种所谓的原子循环系综由三能级原子组成，由于对称性破缺而产生δ型跃迁，这也可以在超导量子线路中实现。95，087001（2005）]。我们探讨了通过对原子-光子系统的相干操纵，在光子态之间以及光子与原子集体激发之间产生量子纠缠的动力学机制。结果表明，通过绝热控制经典场拉比频率，可以将量子信息从一个量子化光模完全转移到另一个量子化光模，并且可以将两个量子化光场携带的量子信息存储在该原子系综的集体模中。
2006-05-16 quant-ph
General Mixed State Quantum Data Compression with and without Entanglement Assistance
研究一般混合态量子信息源的最优压缩问题，通过 Koashi-Imoto 分解确定有无纠缠辅助下的最优压缩率及可行率对区域。
2019-12-18 cs.IT math.IT quant-ph
Ensemble Quantum Computation with atoms in periodic potentials
我们展示了如何用限制在光晶格中的原子进行普适量子计算，这种量子计算既可以在存在缺陷的情况下工作，也可以在没有单独寻址的情况下工作。该方法基于使用晶格中的缺陷，无论它们在哪里，都可以“标记”进行系综量子计算的不同副本，并定义执行量子门的指针原子。我们还展示了如何克服这个系统的可扩展性的问题。
2005-02-16 cond-mat.other quant-ph
Incompressibility of classical distributions
在量子态的盲压缩中，发送方Alice被给予从已知系综中提取的量子态$ρ$的样本（但不知道$ρ$是什么），并且她向接收方Bob发送足够的量子数据，使得他可以解码$ρ$的接近完美的样本。对于从系综中提取的许多这样的状态，渐近可实现的速率是每个状态需要传输的量子比特的数量。Holevo信息是可实现速率的下限，并且对于纯状态集合或在混合状态的纠缠辅助可见压缩的相关场景中获得，其中Alice知道绘制了什么状态。在本文中，我们证明了一个一般的和强大的下界的可实现的速度为合奏的经典状态，即使在要求最低的设置时，爱丽丝和鲍勃共享自由纠缠和一个恒定的每副本错误是允许的。我们将约束应用到一个特定的合奏只有两个状态，并证明了一个接近最大的分离（饱和的尺寸界在领先的顺序）之间的最佳可实现的速率和Holevo信息的恒定误差。这也意味着该集合是不可压缩的--压缩并不会大大降低通信成本。由于状态是经典的，观察到的不可压缩性基本上不是量子力学的。我们下界之间的差异的可实现的速率和Holevo信息的定量限制克隆的标本或区分两个经典状态。
2021-11-25 cs.IT math-ph math.IT
Security Analysis of Ensemble-Based Quantum Token Protocol Under Advanced Attacks
本研究针对可实现不可克隆量子硬币的基于系综的量子令牌协议，提出并刻画高级攻击场景，证明了协议在这类攻击下的安全性，通过数值模拟和IBM量子平台实验验证结果，表明增加令牌数量可提升安全性，支持该协议在任意量子系统的安全部署。
2025-08-01 quant-ph
Atomic-ensemble-based quantum memory for sideband modulations
控制场和信号场与三能级原子系综的相互作用允许信号场的量子态直接映射到原子基态的长寿命相干态。对于铯原子的蒸汽，使用电磁感应透明（EIT）和塞曼相干，我们比较的情况下，其中一个可调的单边带存储独立于其他的两个对称的边带存储使用相同的透明窗口的情况。我们研究的条件下，同时存储的两个非交换变量进行光和随后读出是可能的。我们发现，与自发发射和自旋弛豫相关的过量噪声很小，我们通过测量信号传输系数T和条件方差V，并使用T-V准则作为状态无关的基准来评估我们的存储器的量子性能。
2009-02-25 quant-ph
Spectral compression and entanglement reduction in the cascaded biphoton state with cavities
由冷原子系综产生的级联双光子态是保存和传递量子信息的强关联源之一。在四波混频条件下，从上下激发态发射的信号光子和闲频光子在传播方向上高度相关，并在连续的频率空间中纠缠。在该系统中，我们从理论上研究了利用外腔对双光子源的光谱压缩，并证明了其频率纠缠熵的降低。这分别表明，改善的光吸收效率的闲频光子以及几乎纯的双光子源，这是有用的光量子网络。我们进一步调查的限制，可以通过使用多个腔实现的光谱压缩。我们的研究结果显示了具有外腔的双光子源的能力和潜力，其中基于原子的量子存储器的性能可以得到增强，并且可以通过定制光谱压缩来操纵纠缠特性。
2021-04-19 physics.optics quant-ph
Effective boson-spin model for nuclei ensemble based universal quantum memory
研究了固定在量子点中的极化核宏观系综的集体激发。在本文明确提出的近似均匀条件下，该多粒子系统表现为单模玻色子与限制在该量子点中的单个导带电子的自旋相互作用。在这个有效的自旋玻色子系统中，电子自旋携带的量子信息可以相干地转移到原子核系综中的集体玻色子激发模式中。从这个意义上说，集体玻色子激发可以作为一种稳定的量子存储器来存储电子自旋态的量子信息。
2005-02-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement-Assisted Quantum Data Compression
询问纠缠的可用性如何影响纯态集合的量子压缩，以及编码器可以访问边信息的设置。我们找到了最佳的渐近量子速率和量子和纠缠速率的最佳折衷（速率区域）。结果是量子速率超过舒马赫极限的量，即源的熵，正好是可以从源和副信息状态中提取的经典信息熵的一半，而不会对它们产生任何干扰（“经典信息的可逆提取”）。在编码器没有边信息的特殊情况下，或者她可以访问状态的身份，这个问题分别减少到盲和可见舒马赫压缩的已知设置，尽管这里另外有纠缠辅助。我们评论连接到以前的研究和进一步的速率权衡时，也被认为是经典的信息。
2019-01-18 cs.IT math.IT quant-ph
Refining the weighted subspace-search variational quantum eigensolver: compression of ansätze into a single pure state and optimization of weights
本研究改进加权SSVQE算法，提出用最少辅助量子比特将多激发态拟设压缩为单个纯态并优化全局酉旋转，验证其等价于经重要性采样改进的原始SSVQE，还通过数值分析揭示权重对计算精度的影响趋势。
2024-08-13 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
Improving Quantum Classifier Performance in NISQ Computers by Voting Strategy from Ensemble Learning
由于量子计算机的巨大潜力和机器学习应用中所需的显著计算开销，变分量子分类器（VQC）最近在图像分类中受到了很大的关注。噪声中尺度量子计算机（Noisy Intermediate-Scale Quantum，NISQ）中的噪声是影响VQC性能的重要障碍。重要的是要记住，由于量子退相干和量子门的不精确性，量子算法中会出现很大的错误率。以前的研究已经着眼于在传统计算中使用集成学习来减少量子噪声。我们还指出，由于VQC中的不平衡置信度分布，经典集成学习中的简单平均聚集可能不适合NISQ计算机。因此，在这项研究中，我们建议，系综量子分类器进行优化与多数投票。在MNIST数据集和IBM量子计算机上进行了实验。结果表明，该方法可以优于国家的最先进的两个和四类分类高达16.0%和6.1%，分别。
2022-12-17 cs.AR quant-ph
Quantum message compression with applications
在相干纠缠辅助量子通信的背景下，提出了一种新的单向量子信息压缩方案。为此，我们提出了一个新的技术工具，我们称之为凸分裂引理，这是受经典的压缩方案，使用拒绝采样过程。因此，我们显示了新的限制的量子通信成本的单次纠缠辅助单向量子态重分布任务和子任务的量子态分裂和量子态合并。我们的上限和下限是紧到一个常数，因此比以前已知的上述任务的最佳界限更强。我们的协议使用显式量子操作的两侧的爱丽丝和鲍勃，这是不同的随机幺正方法在以前的作品中使用的解耦。作为另一个应用，我们提出了一个基于端口的隐形传态方案，该方案的工作时，输入状态的集合被限制到一个已知的合奏，从而潜在地节省所需的端口的数量。此外，在没有先验知识的情况下，输入状态的集合，我们的平均成功保真度匹配已知的平均成功保真度，提供了一个新的基于端口的隐形传态方案与类似的性能出现在文献中。
2017-02-01 cs.IT math.IT quant-ph
Rate-Distortion Theory for Mixed States
本文研究带边信息的混合量子态系综压缩的率失真问题，推导了不同纠缠辅助场景下的率失真函数与完整率区域，压缩方案可适配多种压缩模型。
2024-06-20 cs.IT math.IT quant-ph
