相对论性量子计算
Relativistic Quantum Computing
摘要:
我们提出一些非正式的意见方面的相对论量子计算。
英文摘要:
We present some informal remarks on aspects of relativistic quantum computing.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。
Relativistic Quantum Computing
S. Pakvasa, W. Simmons, X. Tata
我们提出一些非正式的意见方面的相对论量子计算。
We present some informal remarks on aspects of relativistic quantum computing.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。
继续探索
Quantum computing approach to non-relativistic and relativistic molecular energy calculations
本文介绍了近年来发展起来的非相对论和相对论四组分分子能量计算的量子算法。
The new wave equations of relativistic and non-relativistic quantum mechanics
本文给出了不同于薛定谔方程和克莱因-戈登方程的相对论和非相对论量子力学的波动方程,以及带电粒子在电磁场中的新的相对论波动方程
Breakdown of agreement between non-relativistic and relativistic quantum dynamical predictions for the periodically kicked rotor
作为我们最近工作的延伸(物理学结果12,147-152(2019)),我们从理论和数值上证明,在非相对论体系中,非相对论和相对论量子动力学预测之间的一致性破裂也发生在电子受到时间依赖力的情况下。
Useless Qubits in "Relativistic Quantum Information"
我提请注意以前的工作,表明在“相对论量子信息“的论文中常用的相对论量子场模式对应的观测值不能通过理想的测量。
Relativistic Quantum Newton's Law and photon trajectories
利用相对论量子Hamilton-Jacobi方程,在等价假设的框架下,以相对论和量子Lagrangian为基础,构造了一维相对论量子系统的Lagrangian,导出了代表相对论量子牛顿定律第一积分的三阶运动方程.然后,我们研究自由粒子的情况下,建立光子的轨迹。
The Relativistic Quantum Motions
利用相对论量子定态Hamilton-Jacobi方程,在等价假设的框架下,以相对论和量子拉格朗日量为基础,构造了一维相对论量子系统的拉格朗日量,导出了代表相对论量子牛顿定律第一积分的三阶运动方程.然后,我们画出了在常数势和线性势作用下运动的粒子的相对论量子轨道。我们建立节点的存在,并将它们与德布罗意波长联系起来。
Breakdown of agreement between non-relativistic and relativistic quantum dynamical predictions in the non-relativistic regime
为了研究非相对论范围内的量子动力学,标准的做法是使用非相对论量子力学,而不是相对论理论,因为人们认为近似的非相对论结果总是接近相对论结果。在这里,我们提出了一个理论论证,这种期望是不正确的一般。此外,支持自由转子和氢原子的数值证据也表明,这两个理论之间的协议可以很快打破。对于氢原子的径向里德伯波包,击穿可以发生在自发发射之前,因此可以在实验上得到验证。我们的结果表明,要正确研究非相对论区域内的量子动力学,必须用相对论量子力学来代替近似的非相对论理论。这一范式转变为从原子到分子、化学和凝聚态物理等广泛领域的研究开辟了一条新的道路。
Quantum Action Principle in Relativistic Mechanics
一个量子版本的作用原理被认为是在一个自由的相对论粒子的情况下。得到了量子作用量的经典极限。
Two point function for a simple general relativistic quantum model
我们研究了两个耦合谐振子的简单广义相对论量子模型的量子理论,并根据在圈量子引力的背景下首次提出的建议计算了两点函数。
Relativistic and non-relativistic quantum Brownian motion in an anisotropic dissipative medium
本文利用最小耦合方法研究了在相对论和非相对论两种情况下,各向异性耗散介质中粒子在任意势作用下的量子布朗运动。导出了一般的量子朗之万方程,得到了系统的量子噪声和动力学变量的显式表达式。给出了正则变量运动方程的显式解,得到了耗散介质中带电粒子辐射反应的表达式。最后通过实例说明了该方法的适用性。
Relativistic precession of quantum elliptical states in the Coulomb potential
对非相对论性量子力学引入一种特殊的相对论性微扰,得到了库仑势中量子态的旋进速率的特殊相对论性预言。我们以SO(4)相干态为例说明了这种行为。这些状态是本地化的开普勒椭圆和进动中存在的相对论性微扰。
Relativistic quantum coin tossing
提出了一种允许两个相距遥远的用户实现“掷硬币”过程的相对论性量子信息交换协议。该协议是基于这样一点,即在相对论量子理论中,根据这些状态的结构,可靠地区分两个正交状态通常需要有限的时间。
Star Products for Relativistic Quantum Mechanics
星积形式已被证明是非相对论性量子力学的另一种表述。为了将星积形式推广到相对论量子力学的真时形式,我们在这里引入一个协变的星积。
Stronger-than-quantum bipartite correlations violate relativistic causality in the classical limit
超量子(“PR盒”)关联,虽然被设计为尊重相对论因果关系,但在经典极限下违反了相对论因果关系。推广到所有强于量子的二分相关,我从非局部性,相对论因果关系和经典极限的存在性公理中推导出Tsirelson的界限。这种齐尔森界限的推导并没有假设量子力学,但却暗示了希尔伯特空间是如何隐含在量子关联中的。
Relativistic formulation of quantum state diffusion?
最近报道的著名的非相对论量子态扩散的相对论表述是严重错误的。例如,当由两个不同的惯性观察者观察同一系统时,它预测不一致的测量结果。
Quantum-Classical Complementarity and Relativistic Massless Free Fields
结果表明,自由,无质量场的相对论波动方程显示量子经典互补。
Frequencies and energy levels of the weakly relativistic harmonic oscillator from the action variable
经典周期系统的频率和相应的量子系统的能级都可以通过作用量得到。我们证明了一维谐振子在经典、相对论和量子体系中作用量的两种形式的构造。相对论效应被认为是微扰的,在非相对论量子形式主义的背景下。在一个统一的框架下,说明了相对论量子系统向经典相对论和经典非相对论体系的转变。导出了弱相对论情形下经典相对论振子的频率和相应量子振子的能量本征值的计算公式。还研究了这些公式的非相对论和经典极限,这些公式一方面为相对论和非相对论系统之间的相似之处提供了有价值的见解,另一方面也为经典和量子系统之间的相似之处提供了有价值的见解。
Counterfactual errors and state reduction in relativistic quantum physics
我们使用相对论物理定律表明,经典动机的反事实陈述是不够的,当讨论量子物理学的原则和EPR风格的论点,反对国家减少是不正确的。
A Relativistic Extension of Event-Enhanced Quantum Theory
在本文中,我们开发了一个形式主义描述的相对论方式的系统,其中包括一个经典的和一个量子部分耦合。该理论模型为自旋为1/2的单粒子模型,是事件增强量子理论的一种可能的相对论性扩展。我们假设了一个协变算法,它在非相对论性量子力学中起着标准约化假设的作用。此外,我们提出了一个算法来模拟检测的粒子。
Noisy channel effect on quantum correlations of two relativistic particles
本文研究了两个相对论粒子通过泡利通道$ σ_{x}, σ_{y},$和$σ_{z}$的量子关联动力学。我们比较了在噪声泡利信道下两个相对论粒子纠缠的突然死亡和鲁棒性以及几何不协调和量子不协调。我们发现几何不协调和量子不协调可能比纠缠更能抵抗退相干。
Quantum contextuality for a relativistic spin-1/2 particle
对单个非相对论性自旋1/2粒子的量子预言可以通过非上下文隐变量再现。在这里,我们表明,相对论电子在库仑势运动的量子上下文自然出现,如果考虑到相对论效应。语境性可以通过违反非语境性不等式来识别。我们还讨论了自由狄拉克电子以及相对论狄拉克振子的量子背景。
Deriving photon spin from relativistic quantum equations: Nonlocality of photon spin and relativistic quantum constraint
目前在确定光子的自旋和轨道角动量的理论中所遇到的困难源于将光子的角动量分为自旋和轨道部分的方法。在这里,我们从一组两个相对论量子方程推导出光子的自旋,这组量子方程是达尔文在1932年从自由空间麦克斯韦方程组中首次提出的。许多注意力都集中在光子自旋的非定域性质上,这些性质是由相对论量子约束(所谓的达尔文方程之一)决定的。同时指出,对于描述光子量子运动的达尔文方程,波函数的上下部分不可能是达尔文所说的电场和磁场。研究了它们的非局部关系。达尔文方程的洛伦兹协方差也证明了,尽我们所知,第一次。
Quantum Conditions of the Relativistic Potential Problems
通过考虑近似解$R_{i}\exp {\{iS_{i}/\hbar \}}$线性叠加的单值性,给出了经典运动为多周期的相对论可积系统的量子条件,其中$R_{i}$和$S_{i}$分别为电流守恒方程和相对论Hamilton-Jacobian方程的不同分支的解.
Relativistic Quantum Events
我们推广了L.P.Horwitz和C. Piron和我们提出了一个相对论版本的事件增强量子理论,事件生成算法的自旋半粒子探测器。该算法基于相对论性量子理论的真时公式。虽然我们使用了不定度量,但控制探测器点击随机过程的所有概率都是非负的。
Spin-Statistics Connection for Relativistic Quantum Mechanics
对于非相对论性量子力学,已经证明了自旋-统计联系(Jabs,A.,2010年:创立物理学,{ \bf 40},776-792)。证明在这里扩展到相对论政权使用参数化狄拉克方程。不需要因果关系条件。
On the Distinguishability of Relativistic Quantum States in Quantum Cryptography
相对论量子场论对量子态的可解释性施加了额外的基本限制。由于闵可夫斯基时空中量子场态的不可避免的离域性,正交态的可靠(单位概率)可验证性形式上需要无限的时间。对于时间有限的密码协议,后者意味着即使在理想的通信信道中也存在有效的"噪声“,因为量子场态的非局部化性。
Relativistic quantum chemistry on quantum computers
近年来,人们对应用量子计算解决量子化学问题产生了极大的兴趣。最近,甚至第一个原理验证实验实现已经报道。然而,到目前为止,只有非相对论性的制度(即薛定谔方程)已被探索,而众所周知,相对论效应在化学中可能是非常重要的。在这封信中,我们提出了第一个相对论计算分子能量的量子算法。我们展示了如何有效地解决本征问题的狄拉克-库仑哈密顿量的量子计算机上,并证明所提出的程序的功能,通过数值模拟计算的自旋轨道分裂的SbH分子。最后,我们提出了具有3个量子比特和9或10个hocT的量子线路,其实现了该分子的原理证明相对论量子化学计算,并且可能适合于实验实现。
Relativistic Quantum Simulation of Hydrogen Sulfide for Hydrogen Energy via Hybrid Quantum-Classical Algorithms
该研究提出结合狄拉克-库仑相对论量子化学与变分量子本征求解器(VQE)的混合量子-经典框架,模拟氢能相关H₂S分解,正确重现分子能量偏移与趋势,为可扩展重原子系统量子模拟提供见解。
Relativistic quantum mechanics and the Bohmian interpretation
传统的相对论性量子力学,基于克莱因-戈登方程,不具备自然的概率解释的配置空间。在玻姆解释中,概率扮演次要角色,它为相对论性量子力学提供了一个可行的解释。我们以洛伦兹协变的方式表述了多粒子波函数的玻姆解释。与非相对论性的情况相反,相对论性的玻姆解释可能导致粒子位置的可测量的预测,即使传统的解释不能导致这样的预测。
Propagation in quantum walks and relativistic diffusions
传播中的量子行走重新显示,非常一般的一维离散时间量子行走与时间和空间相关的系数可以描述,在连续的限制,耦合到电磁场的狄拉克费米子。通过对相对论性Ornstein-Uhlenbeck过程进行新的数值模拟,建立了相对论性扩散的短时传播。菲克定律的几何推广也得到了这个过程。结果表明,相对论扩散可能是现实的模型的散肩或随机量子行走。与广义相对论和几何流的联系也被提到。
Unconditionally Secure Relativistic Quantum Bit Commitment
提出了一种新的相对论量子协议,允许实现比特承诺方案。该协议是基于这样的想法,即在相对论的情况下,场传播到可测量的空间区域需要,与非相对论的情况相反,有限的非零时间,这取决于场的特定状态的结构。原则上,秘密比特可以以任意接近单位的概率存储任意长的时间。
Relativistic quantum entanglement in a bipartite charged scalar system
研究利用连续变量可分性判据分析中心对称库仑势作用下两带电标量介子系统,严格证明相对论情形存在纠缠而非相对论情形可分。
Relativistic quantum information and time machines
相对论性量子信息结合了理解和使用量子力学系统的信息方法--量子信息--和宇宙的相对论观点。在这篇介绍性的综述中,我们研究了物理学研究这一新领域的关键成果,并讨论了未来的发展方向。最近一个特别活跃的领域是,当量子系统与广义相对论封闭类时曲线(实际上是时间机器)相互作用时会发生什么。我们讨论了两种不同的方法,已建议模拟这种情况。有人认为,这种方法的基础上匹配的量子态的密度算符之间的未来和过去最一致地避免了通常与时间旅行的悖论。
Relativistic effects in quantum walks: Klein's paradox and Zitterbewegung
量子行走不仅是量子计算的算法工具,而且也不是描述各种物理过程的平凡模型。本文比较了一维自由粒子狄拉克方程和离散时间量子行走。我们表明,离散狄拉克方程相比,DTQW结果在有趣的关系。它还表明,两个相对论效应与狄拉克方程,即Zitterbewegung(运动)和克莱因的悖论,存在于DTQW,这可以实现在非相对论量子力学。
Directly computing Wigner functions for open quantum systems
本文提出了一种直接计算开放量子系统时间依赖Wigner函数的方法,无需额外近似,适用于非相对论单粒子与相对论环境的相互作用。
Two definitions of the electric polarizability of a bound system in relativistic quantum theory
对于相对论量子理论中束缚系统的电极化率,文献中曾出现过两种定义。它们根据系统中是否包括真空背景而不同。最近在这方面的混乱是澄清。
The improvement wave equations of relativistic and non-relativistic quantum mechanics
本文沿用德布罗意的物质波的思想和薛定谔建立波动方程的类似方法,但采用了更为本质的Hamilton原理,而不是建立薛定谔波动方程时所采用的Jacobi的最小作用量原理。从而得到了一个不同于薛定谔方程的新的非相对论性波动方程,以及包含自由粒子和非自由粒子的相对论性波动方程。此外,我们还得到了势场中自旋为1/2的粒子的波动方程。
Relativistic quantum walks
通过探讨一维狄拉克方程与量子行走之间的深层联系,解释了量子干涉在量子行走中的物理作用。结果表明,量子步行者的概率密度的时间演化,最初定位在晶格上,是直接类似于相对论波包扩散。解析波包解揭示了离散时间量子行走和连续时间量子行走之间的惊人联系。
Generalized One-Dimensional Point Interaction in Relativistic and Non-relativistic Quantum Mechanics
本文首先在具有三个相邻$δ$函数的非相对论模型框架下,给出了四参数广义一维点相互作用族的局部近似解。我们还在相对论(Dirac)框架下讨论了这个问题,并给出了一个三参数族的解。它给出了所谓的$ε$势的物理解释。它也将被证明,在高能量的散射特性之间的非相对论性和相对论性的情况下有很大的不同。
A simple proof of the unconditional security of relativistic quantum cryptography
提出了一种基于正交态的相对论量子密码系统无条件安全性的简单证明。与涉及非正交状态的非相对论密码系统相比,狭义相对论施加的限制允许大大简化证明。重要的是所提出的协议的时空结构的量子态,这实际上是忽略了在非相对论协议中只采用的信息载体的状态空间的结构。因此,简化的出现是因为集体测量的效率低下,这构成了非相对论情况下的主要问题。
Relativistic Quantum Backflow
本文讨论相对论量子回流。本文给出了相对论性回流的一般理论,并证明了相对论性回流可以写成一个简单参数的函数,这个参数由基本常数和回流周期定义。回流本征函数的数值范围内的值和一个显式的相对论回流本征值的非相对论回流常数的表达式。然后,回流特征向量拟合与一些标准的功能,导致显着更高的回流比以前已经发现与拟合程序,对于某些值。在分析的非相对论限制的理论,我们表明,这个问题是那些罕见的情况下,相对论理论本质上是更简单的非相对论理论。
Relativistic Wigner Function for Quantum Walks
定义了正方形$2D$时空格点上自由离散时间量子行走的相对论性Wigner函数。有用的概念,如离散导数和离散分布也被引入。得到了相对论性Wigner函数所服从的输运方程,并在连续极限处退化为$2D$ Dirac费米子的Wigner函数所服从的输运方程.第一修正的连续方程引起的离散的晶格也计算。
Relativistic Quantum Simulation under Periodic and Dirichlet Boundary Conditions: A First-Quantised Framework for Near-Term Devices
本文提出了一种基于第一量化方法的相对论量子模拟新方法,结合周期性和狄利克雷边界条件,通过有限差分法近似相对论动能,为近-term量子设备模拟相对论效应提供实用路径。
Relativistic Quantum Theory of Cyclotron Resonance in a Medium
本文提出了任意介质中回旋共振的相对论性量子理论。在程函近似下求解了介质中平面电磁波和均匀磁场场中带电粒子的量子运动方程。计算了强激光场中朗道能级间的感生多光子跃迁几率。
Causality and chance in relativistic quantum field theories
贝尔呼吁相对论在制定他的原则,当地的因果关系。但他坚持认为,量子场论不符合这一原则,即使它们的场方程是相对论协变的,它们的可观测代数满足相对论动机的微因果性条件。量子理论的实用主义观点和因果关系的干涉主义方法促使人们重新评估局部因果关系和微观因果关系。局部因果性不能被理解为相对论性量子场论的合理要求:即使适用于它们,它也是无动机的。但是微观因果性是相对论性量子场论一致应用的充分条件。
On the Absence of the Zeno Effect in Relativistic Quantum Field Theory
研究了相对论量子场论可重整化模型中衰变粒子的时间演化。后者和非相对论量子力学之间的显着差异被发现-特别是,芝诺效应似乎是在这样的RQFT模型缺席。传统的重整化在某些情况下产生有限时间行为,但在其他情况下无法产生有限的生存概率。
Relativistic-invariant quantum entanglement between the spins of moving bodies
一对粒子的自旋之间的纠缠可能会改变,因为当被移动的观察者观察时,自旋和动量变得混合[R.M. Gingrich和C. Adami,Phys. Rev. 89,270402(2002)]。在本文中,它表明,如果动量是适当的纠缠,贝尔态的自旋之间的纠缠可以保持最大时,由任何移动的观察者。此外,我们还提出了一种相对论不变的量子通信协议,使非相对论量子信息理论可以不变地应用于相对论情形。
Observables in Relativistic Quantum Mechanics
我们提出了一个量子时钟同步协议,其中Bob通过第三个量子比特作为其代理对Alice的量子时钟进行远程测量。结果表明,由此产生的相关性是依赖于选择的超曲面沿鲍勃的测量的代理被认为是崩溃的纠缠态矢量。因此,在相对论性量子力学中,对可观测量的恰当描述受到相对论性协变性和因果性的约束。
Spontaneous localization for a charged particle in non-relativistic quantum mechanics
在非相对论量子力学框架下分析了运动带电粒子与其相干电磁场的相互作用。结果表明,当考虑到这种相互作用时,空间局域态的平均能量可能低于离域态。
Quantum lattice gas model of Fermi systems with relativistic energy relations
给出了具有相对论能量关系的量子系统的几个示例量子计算表示。给出了自由狄拉克粒子和BCS超导电性的基本么正表象。然后,这些组合成一个新的费米凝聚超流体的酉表示。建模方法采用了算子分裂方法,这是一个分析封闭形式的产品分解的酉演化算子,适用于高能量的限制。这使得相对论性波动方程可以转换为酉有限差分方程。分裂演化算子(包括单独的动能和相互作用能演化项)用作用于有效量子模拟的量子格子气模型。
No place for particles in relativistic quantum theories?
最近的几个论点声称,不可能存在关于可定域粒子的相对论性量子力学理论,因此,相对论和量子力学只能在量子场论的背景下调和。我们指出了现有的论点中的一些漏洞,我们提供了两个不去定理来弥补这些漏洞。然而,即使堵住了这些漏洞,也不能得出相对论加量子力学只需要一个场本体论的结论,因为相对论性量子场论本身可能允许一个附加在基本场上的可定域粒子的本体论。因此,我们提供了另一个不去定理来排除这种可能性。最后,我们通过论证相对论性量子场论仍然可以解释“粒子探测”的可能性,以及“粒子谈话”的实用性,来减轻对这一结论的潜在担忧。"
Wigner dynamics of quantum semi-relativistic oscillator
用Monte-Carlo方法和分子动力学方法相结合,精确求解了描述半相对论量子一维谐振子时间演化的积分Wigner-Liouwille方程.研究了相对论效应对动量、速度和坐标维格纳分布函数以及量子算符平均值随时间演化的强烈影响。意外的“突起”的时间演化的分布函数进行了观察。计算了振子的相对论本征时间膨胀。
Three Methods for Computing the Feynman Propagator
本文提出了三种计算非相对论谐振子费曼传播子的方法。第一种方法是施温格在半个世纪前使用的,但此后很少用于非相对论问题。文中还讨论了代数法和路径积分法,以便读者比较各种方法的优缺点。
On computing bound states of the Dirac and Schrödinger Equations
我们将计算束缚态的量子化学问题转化为求解一族参数化紧致积分算子的辅助本征值问题。算子的紧性保证了它们的谱是离散的,并且有界的,唯一可能的聚点为零。我们表明,通过改变参数,我们总是可以找到束缚态,即,满足原始方程且可归一化的本征函数。虽然对于非相对论性方程,这些性质可能并不令人惊讶,但值得注意的是,这同样适用于原始相对论性算子的谱没有下界的相对论性方程。我们证明,从任意初始化的迭代导致的解决方案,所规定的紧算子的属性。
Dynamics of relativistic electrons in non-uniform magnetic fields and its applications in quantum computing and astrophysics
本文研究了相对论性电子在空间幂律变化磁场中的二维运动,发现该条件会消除简并、导致Landau levels分裂及物质状态方程改变,并展示了其在提升电子量子速度和实现白矮星超Chandrasekhar质量方面的跨学科应用。
Quantum time dilation: A new test of relativistic quantum theory
当时钟以两个相对论速度的量子叠加运动时,会产生一种新的量子时间膨胀效应。这种效应被认为是可以用现有的原子干涉测量技术测量的,可能为相对论量子理论提供一个新的测试。
Symmetry and Covariance of Non-relativistic Quantum Mechanics
在时空变换的5维形式的基础上,非相对论性量子力学以明显协变的方式重新表述。由此产生的协方差类似于传统的相对论性量子力学。
Relativistic quantum Brownian motion
提出了一个融合相对论、量子力学和热力学的Wigner-Klein-Kramers方程。将Breit-Fermi哈密顿量应用于耗散的Madelung流体动力学,研究了相对论效应对量子布朗运动的影响.本文导出了一个新的热量子Smoluchowski方程,它考虑了玻姆量子势的相对论修正。
Relativistic Quantum Information: developments in Quantum Information in general relativistic scenarios
最近,人们对理解黑洞时空中的纠缠和量子通信以及使用量子信息技术来解决引力问题的兴趣越来越大。相对论纠缠的研究表明,出现了概念上重要的质的差异,以非相对论的治疗。例如,纠缠被发现是一种依赖于时间的性质,从加速观察者在平坦时空中移动的角度来看,它会发生变化。相对论量子信息理论使用来自量子信息和量子光学的众所周知的工具来研究引力引起的量子效应以了解关于时空的信息。我们可以利用我们对量子关联和引力相互作用产生的效应的了解,为最终旨在找到由于量子引力效应而引起的修正的实验方案奠定基础,这种效应太温和而无法直接观察到。这篇博士论文总结了我在博士学位期间对这个主题进行的大部分研究。
Device-Independent Relativistic Quantum Bit Commitment
我们研究了设备无关的相对论量子比特承诺的可能性。我们注意到{\it位置攻击}的潜在威胁,其中相对论量子密码学中使用的不可信设备的行为取决于它们的时空位置。我们描述了相对论量子比特承诺计划,是免疫这些攻击,并表明,这些计划提供设备独立的安全性对假设的后量子对手只受无信令原则。我们比较了一个相对论经典的比特承诺方案与类似的功能,并注意到一些可能的优点的量子计划。
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