Quantum information cannot be split into complementary parts
证明了量子信息的一个新的不可能性(不分裂定理):一个未知的量子比特(qubit)不能被分裂成两个互补的量子比特。这种不可能性,加上不可克隆定理,证明了一个未知的量子比特状态是一个单一的实体,它不能被克隆或分裂。这为量子计算和量子信息提供了新的思路。
2006-07-03 quant-ph
Quantum deletion is possible via a partial randomization procedure
引入了一种替代类型的删除/擦除操作,其不同于常用的{ \it controlled-not}(C-not)条件逻辑操作$-$,以在删除过程中将链中最后一个副本的(经典或量子)状态翻转为标准的“零”值。它是完全可逆的,在经典的情况下,拥有一个最自然的克隆操作对应。我们称这个删除过程为R-删除,因为在某种程度上,它可以被视为标准C-not运算符的“随机化”。它具有以一种简单的方式绕过Pati和Braunstein最近提出的“量子态不可能删除”原理的显着性质\cite{pbn1}。
2000-10-24 hep-ph quant-ph
Quantum deletion: Beyond the no-deletion principle
假设我们得到一个未知量子态的两个相同的副本,我们希望从给定的两个副本中删除一个副本。量子不删除原理限制我们完美地删除一个副本,但它并不禁止我们近似地删除一个副本。在这里,我们构造了两种类型的通用量子删除机,它近似删除一个副本,使得删除的保真度不依赖于输入状态。两种类型的通用量子删除机是(1)由一个酉算子描述的常规删除机和(2)由两个酉算子描述的修改删除机。这里示出了修改的删除机以保真度0.75删除量子比特,这是删除未知量子态的最大限制。除此之外,我们还表明,修改后的删除机保留量子位在第一种模式下的平均保真度为0.77(约)。这比两个给定的相同状态的测量保真度稍大,显示了如何精确地确定其状态[13]。我们还表明,删除机本身是输入状态无关的,即信息不隐藏在删除机,因此我们可以删除的信息完全从删除机。
2005-10-24 quant-ph
Impossibility of partial swapping of Quantum Information
众所周知,量子态$|ψ(θ,ϕ)>$由布洛赫球上的一个点表示,其特征在于两个参数$θ$和$ϕ$。在这项工作中,我们发现了量子信息理论中另一个不可能的操作。我们将这种不可能性称为“部分交换量子信息的不可能性”。这意味着,如果在输入端口处给出两个未知量子态,则不存在与量子力学原理一致的物理过程,通过该物理过程,我们可以在这两个量子态之间部分地交换两个参数$θ$和$ϕ$中的任一个。在这项工作中,我们提供了量子比特(即从二维希尔伯特空间中获取的量子态)的不可能性证明,并且这种不可能的操作也可以在高维中成立。
2007-06-06 quant-ph
Impossibility of perfect quantum sealing of classical information
密封信息意味着将其公开,但有可能知道它是否已被阅读。评论[1],我们将表明,完美的量子密封是不可能的完美的可检索的信息,由于执行一个完美的测量没有干扰的可能性,即使在未知的状态。测量是集体的,这使得量子密封协议非常有趣,因为它是集体测量在破坏安全性方面的唯一例子。
2005-01-14 quant-ph
Impossibility of comparing and sorting quantum states
有没有什么原则性的观点禁止我们进行一种或多种形式的量子信息处理?众所周知,一个未知的量子态既不能被完美地复制,也不能被完美地删除。给定一组不一定是正交的状态,是否有可能比较任意两个状态,给定这些状态的一些合理的排序?有没有可能把它们按特定的顺序排列?在量子计算的背景下,它在这里表明,没有量子线路实现幺正变换,比较和排序的一组无限制的量子态。
2001-07-17 quant-ph
Impossible to conjugate or reflect an unknown quantum state via a unitary evolution
Tsinghua University(清华大学)
本文提出不可共轭定理,证明无法通过通用物理设备或线性/幺正操作共轭未知任意量子态,补充了量子信息领域的基本限制定理。
2026-10-23 quant-ph
Characterizing quantum theory in terms of information-theoretic constraints
我们表明,三个基本的信息理论的限制-两个物理系统之间的超光速信息传输的不可能性,通过对其中之一进行测量,不可能广播的信息包含在一个未知的物理状态,和不可能的无条件安全的比特承诺-足以使物理理论的可观测量和状态空间是量子力学的。我们证明了逆推导的一部分,并考虑替代答案的影响,剩余的开放问题非局部性和位承诺。
2003-02-19 quant-ph
Squeezing concentration for Gaussian states with unknown parameter
一个连续变量模拟Deutsch的蒸馏协议本地操作的两个副本相同的高斯状态的建议。不管高斯态蒸馏的不可能性如何,我们揭示了该方案能够对具有{ \em unknown}位移的高斯态进行压缩浓缩。由于该操作不能仅使用状态的单个副本来实现,因此它是利用相同高斯状态的两个副本的蒸馏协议的新应用。
2002-04-18 quant-ph
Insecurity of Quantum Bit Commitment with Secret Parameters
无条件安全的量子比特承诺的不可能性证明关键依赖于Bob不被允许生成Alice未知的概率分布的断言。这个断言实际上是没有意义的,因为鲍勃总是可以在不被发现的情况下作弊。在本文中,我们证明了,对于任何隐藏协议涉及秘密概率分布,存在一个欺骗酉变换,是已知的爱丽丝。我们的结果填补了原来不可能性证明中的一个空白。
2006-01-31 quant-ph
Weak cloning of an unknown quantum state
克隆未知量子态的不可能性是理解量子力学本质的一个强有力的原则,特别是在量子计算和量子信息的背景下。这一原则已被推广到定量的陈述,在多大程度上不完美的克隆是可能的。我们描绘了一个方面的边界之间的可能性和不可能的关于量子克隆,提出了一个纠缠辅助计划,模拟完美的克隆在弱测量的背景下。这种现象我们称之为未知量子态的弱克隆。
2006-05-22 quant-ph
No-iteration of unknown quantum gates
我们提出了一个新的no-go定理,证明了不可能构建一个确定性的量子线路,迭代一个单一的甲骨文只调用一次。给出了不同的方案来绕过这一结果,近似地实现迭代。并对最优方案进行了研究。一个有趣的观察是,对于大量的迭代,像使用身份通道这样的平凡策略具有最佳性能,而预处理,后处理或使用纠缠等资源根本没有帮助。有趣的是,迭代次数,当足够大时,不影响所提出的方案的性能。
2016-01-08 quant-ph
Impossibility via W states and feasibility via W-like states for perfect quantum teleportation
Graduate School of Science and Engineering, Chiba University(千叶大学理工学研究科);Department of Physics, Graduate School of Science, Chiba University(千叶大学理学研究科物理系);Research and Education Center for Natural Sciences, Keio University(庆应义塾大学自然科学与教育研究中心)
研究3量子纠缠态在两方完美量子传送1-qubit态中的应用,证明W态无法实现完美传送,而W-like态可经修改后实现。
2026-01-11 hep-th quant-ph
General impossible operations in quantum information
我们证明了量子信息中的一个普遍的限制,它统一了不克隆和反克隆等不可能性原则。此外,我们表明,对于一个未知的量子比特,不能设计一个通用的阿达玛门创建相等的叠加的原始和它的补充状态。令人惊讶的是,我们发现,阿达玛变换存在一个未知的量子比特选择无论是从极或赤道大圆。此外,我们表明,对于一个未知的量子比特,不能设计一个通用的幺正门创建的原始和它的补充状态的不相等的叠加。我们讨论了为什么不可能为两个未知的量子位设计一个受控非门,并讨论了这些限制的含义。
2002-09-17 quant-ph
Unified quantum no-go theorems and transforming of quantum states in a restricted set
量子力学中的线性叠加原理是不可克隆定理、不可删除定理和不可叠加定理等几个不可通过定理的基础。找到一般的禁止原则来统一这些结果仍然是一个悬而未决的问题。在本文中,我们研究一般的量子变换禁止或允许的叠加原理为各种目标。首先,我们证明了一个无编码定理,该定理禁止了有限维希尔伯特空间中未知纯态和固定态的线性叠加。两种一般形式包括作为特例的不可克隆定理、不可删除定理和不可叠加定理。其次,我们提供了一个统一的方案,以一次性的方式呈现完美和不完美的量子任务(克隆和删除)。该方案可以产生富有成效的结果,其完全特征在于输入纯态的线性无关性。成功概率的广义上界将被证明。第三,我们推广了最近的叠加未知的状态与固定的重叠时,多个副本的输入状态。
2017-03-19 math-ph math.MP quant-ph
Limits on quantum deletion from no signaling principle
量子力学施加的基本限制之一是“不可删除定理”,它告诉我们,给定两个相同的未知量子态,不可能删除其中一个。但尽管如此,如果不是完美的,人们试图删除它近似。在这些近似删除过程中,我们的基本目标是尽可能删除两个相同副本中的一个,同时保留另一个副本。在这篇简短的报告中,通过使用无通信定理(NCT)(使用量子资源发送信号的速度不可能超过光速)作为指导原则,我们获得了删除保真度和保存保真度之和的界限。我们的结果不仅带来了这两个保真度之间的互补关系,但也预测了最佳值的删除保真度可实现给定的保真度下没有信号约束的保存。这项工作最终饱和寻求找出最佳值的删除NCT框架内。
2023-03-10 quant-ph
Quantum-phase synchronization
我们研究的机制,允许一个同步的量子相位的两个量子比特相对于一个固定的基础。从一个处于固定参考态的量子比特和另一个处于未知态的量子比特开始,我们发现,与完美量子克隆的不可能性相反,量子相位可以通过联合幺正操作完美同步。当两个量子比特最初都处于纯未知状态时,通过幺正操作实现完美的量子相位同步变得不可能。在这种情况下,我们确定的最大平均量子相位同步保真度,相对相位和相位的分布,并确定最佳的量子线路,实现这一最大保真度。这些最佳的量子线路的一个子集,使完美的量子相位同步一类未知的初始状态限制在布洛赫球的赤道平面。
2016-11-03 quant-ph
Simulation of Adjoints and Petz Recovery Maps for Unknown Quantum Channels
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)(香港科技大学(广州));Wuhan University(武汉大学);Hubei Center for Applied Mathematics(湖北应用数学中心);Hubei Key Laboratory of Computational Science(湖北省计算科学重点实验室);Wuhan Institute of Quantum Technology(武汉量子技术研究院)
本研究提出了一种概率协议实现未知量子通道的转置,并设计虚拟协议克服复共轭和共轭的实现难题,同时提出改进的Petz恢复映射期望值估计方法。
2026-02-05 quant-ph
Unambiguous Examining the Orthogonality of Multiple Quantum States
本文研究了普适量子态比较中的一个相反问题,即确定希尔伯特空间中的多个未知量子态是否正交。我们表明,没有明确的量子测量可以完成这个任务的非零概率。此外,我们将问题扩展到更一般的情况,即比较多个未知量子态与阈值的正交程度,结果表明,给定任何阈值,这种扩展的任务也是不可能的任何明确的量子测量,除了平凡的情况。可以看出,我们的问题所揭示的不可能性比普适量子态比较问题所揭示的不可能性更强,也不同于现有的“不可能”定理所揭示的不可能性。
2012-05-03 quant-ph
Twelve years before the quantum no-cloning theorem
著名的量子不可克隆定理证明了不可能完美复制一个未知的量子态。这一重要定理在量子信息领域的发现,目前可追溯到1982年。我在这里展示的是1970年发表的一篇文章[J. L。Park,Foundations of Physics,1,23-33(1970)]包含了克隆量子态的不可能性的明确数学证明。我分析公园的示范光发表的解释有关的起源更知名的论文不克隆。
2018-02-22 physics.hist-ph quant-ph
Teleportation of the Relativistic Quantum Field
研究了相对论性自由量子场中完全未知单粒子态的隐形传态过程。与非相对论性量子力学相反,量子场未知态的隐形传态在原理上不能用未知态和EPR对态所属的两个希尔伯特空间的张量积来描述。原因是存在一个循环(真空)状态共同的未知状态和EPR对。由于公共真空矢量和微因果性原理(场算符的对易关系),隐形传态振幅不可避免地包含与隐形传态过程无关的贡献。因此,在相对论理论中,在非相对论量子力学中理解的隐形传态被证明是不可能的,因为不可能实现作为与各个子系统相关的测量的张量积的适当测量,因此人们只能谈论场作为整体传播的幅度。
2000-05-17 quant-ph
Determination of All Unknown Pure Quantum States with Two Observables
本文研究用两个可观测量确定纯量子态的问题,证明两个正交基可将候选态限制到最多 2^{d-1} 个,并提出在中间自适应加入 POVM 后,几乎所有纯 qudit 都能被唯一确定。
2024-08-09 quant-ph
Quantum Theory and Beyond: Is Entanglement Special?
量子理论做出了最准确的经验预测,但它缺乏简单、可理解的物理原理,而这些物理原理可以唯一地导出量子理论。存在着一个广泛的概率理论,它们都与量子理论有一些共同的特征,例如对个体结果的概率预测(不确定性),信息传输不可能超过光速(无信号)或不可能复制未知状态(无克隆)。绝大多数试图寻找量子理论背后的物理原理的尝试,要么不能从原理中唯一地推导出理论,要么是基于抽象的数学假设,这些假设需要更确凿的物理动机。在这里,我们证明了经典概率论和量子理论可以从三个合理的公理中重建:(1)(信息容量)所有信息承载能力为一位的系统都是等效的。(2)(局部性)复合系统的状态完全由子系统的测量决定。(3)(可逆性)在任何两个纯态之间存在可逆变换。如果要求从最后一个公理的变换是连续的,那么就把量子理论从经典概率论中分离出来。从我们的重建中得出的一个显著结果是,除了量子理论之外,没有任何概率理论可以在不违背一个或多个公理的情况下展示纠缠。
2009-11-03 quant-ph
Cloning of Quantum Entanglement
量子不可克隆性是量子力学定律的一个基本限制,它是量子密钥分发物理安全的基础。然而,量子物理确实允许近似克隆,其状态保真度和/或概率成功都不完美。尽管以前已经测试了单粒子态的近似量子克隆,但量子纠缠(一种高度非经典的相关性)的实验克隆仍然没有探索。基于多光子线性光学平台,我们首次实现了双光子纠缠态的量子克隆。结果表明,一个最大纠缠光子对可以传播成两个纠缠光子对,且两个纠缠光子对的态密度都在50%以上.我们的结果是克隆复杂量子系统的关键一步,并可能为量子纠缠提供新的见解。
2020-10-05 quant-ph
The Forbidden Quantum Adder
量子信息提供了与经典信息根本不同的计算资源。我们证明了不存在一个幺正协议能够将属于不同希尔伯特空间的未知量子态相加。这是量子物理学的固有限制,其与复制任意量子态的不可能性有关,即,不可克隆定理此外,我们证明了量子加法器,在没有一个辅助系统,也禁止一个已知的正交基。这使我们能够提出一个近似的量子加法器,可以在实验室中实现。最后讨论了量子态的禁止量子加法器和密度矩阵的允许量子加法器的不同性质。
2015-05-29 physics.gen-ph quant-ph
POVM generated quantum trajectories without stochastic differential equations
King’s College, London(伦敦国王学院)
本文提出了一种无需随机微分方程的方法,通过量子力学直接推导出由POVM生成的量子轨迹的渐进行为,揭示了轨迹趋于系统本征态或由退化本征态张成的密度矩阵。
2025-12-22 quant-ph
Counterfactuals in Macroscopic Quantum Physics: Irreversibility, Measurement and Locality
本论文利用反事实推理、构造子理论与量子信息理论,探讨了量子理论在宏观尺度下的不可逆性、测量与定域性挑战,揭示了量子热力学新特征及量子算符非对易性影响,强化了普适量子理论对微观与宏观系统的一致描述能力。
2025-05-28 quant-ph
Cloning is as Hard as Learning for Stabilizer States
Department of Computer Science, University of Warwick(沃里克大学计算机科学系);Department of Computer Science, Yale University(耶鲁大学计算机科学系)
研究探讨了在结构化状态类中克隆与学习的样本复杂度关系,证明对于n-量子比特稳定子状态,克隆的最优样本复杂度为Θ(n),表明克隆与学习难度相当。
2026-04-16 cs.LG math.ST quant-ph
Wave-packet collapse and the core quantum postulates: Discreteness of quantum jumps from unitarity, repeatability, and actionable information
单个系统的未知量子态无法被发现,因为被测系统是重新准备的:它跳到被测可观测的本征态。这种找不到量子态的可能性和其他通常归咎于波包坍缩的症状(最近被证明是测量系统的纯态)来自幺正性(然而,它不允许字面上的坍缩)和测量的可重复性:连续的幺正演化和可重复性足以建立量子跳跃背后的离散性。在这里,我们考虑宏观开放系统(如设备)的混合状态,并且我们允许其微观状态发生变化,例如,由观察者测量,只要其显著特征保持不变,并且观察者认为指针的宏观状态代表相同的记录。我们的结论是,宏观系统的可重复访问的状态(如设备指针的状态)必须对应于希尔伯特空间中的正交子空间。我们展示的对称破缺违背了希尔伯特空间的平均量子叠加原理和幺正对称性,因为它挑出了优选的子空间。我们的结论是,由此产生的离散性(这是量子跳跃的基础)出现从连续性的核心量子假设加上可重复性也在宏观和开放的,但最终量子系统,如测量设备访问的观察者,在那里(与纯态的微系统)的可重复性是至关重要的。
2013-11-03 cond-mat.stat-mech gr-qc hep-th