量子计算 · 2026年9月29日(周二)

arXiv 量子物理(quant-ph)。

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Optical Fourier Architecture for Universal Nonlinear Functions

说明用于通用非线性函数的光学傅里叶架构

简介本文提出一种精确的代数架构,用一个双模(2×2)线性光学电路计算任意有限傅里叶级数,唯一可调元件是编码函数自变量的单模移相器。作者证明了每个傅里叶级数都存在这样的电路,并给出基于谱分解的解析构造方法。对于 N 次谐波展开,该光学系统的深度为 O(N),并通过数值验证表明,即使包含数千个傅里叶项,电路也能正确实现连续与不连续的非线性函数。

Martin F. X. Mauser, Joshua Morris, Sara Galatro 等

arXiv physics.chem-ph · cs.LG · quant-ph

Foundation Neural-Network Quantum States for Molecular Potential Energy Surfaces in Second Quantization

说明二次量子化中用于分子势能面的基础神经网络量子态

简介本文提出一种几何条件化的基础神经网络量子态方法,用于二次量子化下的分子电子结构。单一自回归模型从稀疏的锚点几何构型中学习一族基态,无需额外优化即可给出未训练几何构型处的波函数。轨道对齐方法匹配轨道并传递其相位,以在不同几何构型间建立统一的轨道基。对N2、CO和H4,冻结模型的能量在所有未训练查询几何构型上均达到化学精度。

Lizhong Fu, Jianan Wei, Wenguan Wang 等

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Constant-rate quantum codes with low-weight stabilizers and full logical Clifford actions via transversal and fold-transversal gates

说明常数速率量子码:低权重稳定子与通过横向及折叠横向门实现完整的逻辑Clifford操作

简介该论文提出一类编码速率渐近为常数、稳定子权重随长度次对数增长的量子纠错码。这类码仅使用横向门和折叠横向门即可实现整个逻辑Clifford群。构造基于经典码,其码空间为Tanner图自同构群的绝对不可约Steinberg模,并通过超图积得到量子码。

Takaya Matsuura, Yohji Chin, Shohei Kiryu 等

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Integrated balanced homodyne detector using CMOS capacitive-feedback TIA for quantum measurements

说明用于量子测量的CMOS电容反馈跨阻放大器集成平衡零差探测器

简介该论文展示了一种低噪声、高速的平衡零差探测器,将28纳米CMOS电容反馈跨阻放大器与imec iSiPP200硅光平台上制造的定制光子集成电路相结合。该接收器的3 dB带宽为7.6 GHz,最大散粒噪声净空为27 dB,散粒噪声极限带宽为13.7 GHz,共模抑制比最高达54.8 dB。作者认为这些结果表明该类放大器适用于连续变量量子密钥分发、量子随机数生成和光学相干层析成像等应用。

Sarah Bastiaens, Cedric Bruynsteen, Simone Cammarata 等

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Resonance Breaking in Noisy Shor's Algorithm

说明噪声条件下 Shor 算法的共振破坏

简介本文分析了量子电路中的共振破坏现象,认为在任意小的单层去极化噪声下,Shor 算法的指数量子优势会被破坏。作者用 Pauli 路径积分把测量分布表示为 4^n 个波函数的叠加,并在中间层加入去极化噪声后给出了测量成功率的上界。作者还设计了一个多项式时间的经典因式分解算法,用于替代低频部分的贡献。

Zhengwei Liu

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Adaptive decoding of quantum LDPC codes through decoder disagreement

说明通过译码器分歧实现量子LDPC码的自适应译码

简介量子LDPC码的精确译码通常依赖代价高昂的后处理搜索,但不同症状的译码难度差异很大。论文提出一种基于置信传播(BP)与有序统计译码(OSD)的自适应译码器,用BP硬判决与OSD零阶解之间的分歧作为内部风险信号,决定何时需要更深入的搜索。在模拟电路级噪声的码上,仅对风险最高的20%实例加深搜索,即可获得完整搜索约85%至92%的逻辑错误率改进,串行译码开销约降低3.6倍。

Maida Wang, Peter V. Coveney

arXiv quant-ph · physics.optics

Operational theory for photonic circuits: generalizing linear optics beyond quantum theory

说明光子电路的操作性理论:将线性光学推广到量子理论之外

简介论文借用量子光学中正交算符与机械谐振子相空间坐标的类比,把线性光学理论推广到广义概率论框架中。作者用这一框架分析光子电路,考察Hong-Ou-Mandel效应和Mach-Zehnder干涉是否为量子理论所独有。结果显示,这些现象在经典光和一种修改版量子化光中也会出现,且Mach-Zehnder干涉在量子理论与这些替代理论之间没有性质上的差别。

Isma\"el Septembre, Matthias Kleinmann, Martin Pl\'avala

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Optimal interferometric certification of multi-photon indistinguishability

说明多光子不可分辨性的最优干涉认证方法

简介本文提出两种高效、便于实验实现的协议,用于估计或界定N光子态与最接近的完全不可分辨态之间的保真度。第一种协议适用于制备可分态的光源,使用单个傅里叶干涉仪和光子数分辨探测,可给出紧致的双侧界。第二种协议结合随机化线性光学干涉仪与光子计数,可直接估计任意N光子态的保真度。两种方法均可以O(1/ε)的最优样本数认证保真度为1−O(ε),基于多光子版本的Hong-Ou-Mandel测试。

Marco Robbio, Micha\l{} Oszmaniec, Nicolas J. Cerf 等

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Semiclassical spin-bath calculation of the nitrogen-isotope effect on NV⁻ ensemble coherence in diamond

说明金刚石中氮同位素对NV⁻系综相干性影响的半经典自旋浴计算

简介该论文研究金刚石中NV⁻色心系综的Hahn回波时间T₂与Ramsey时间T₂*之比,并比较天然丰度(¹⁴N)与¹⁵N掺杂样品的差异。作者用半经典自旋浴模型计算氮核同位素是否足以造成T₂缩短,结果显示仅同位素效应可使T₂比值差异约为1.118,但实测对比度仍更大,说明这只是部分贡献。

Chikara Shinei (University of Tsukuba, J-FAST, CNRS / University Grenoble Alpes / Grenoble INP / University of Tsukuba)

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Quantum Statistical Thermal Engine at the BCS-BEC crossover

说明BCS-BEC 过渡区中的量子统计热机

简介本文提出一种基于两分量费米气体的量子热机,该气体具有 s 波接触相互作用,运行于 BCS-BEC 过渡区。功是由气体的统计性质提取的,这些性质由相互作用控制,而不仅依赖压缩与膨胀过程。作者利用泛函重整化群方法,得到沿该过渡区非微扰形式的状态方程,并涵盖超流-正常相变。在无密度变化时,循环退化为类统计斯特林热机,其效率最高可达 38%。

Santiago Henr\'iquez Lira, Felipe Isaule, Mart\'in HvE Groves 等

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Digital quantum state preparation by nucleation

说明通过成核法在数字量子计算机上制备量子态

简介该论文提出一种受成核启发的量子态制备方法,适用于数字量子计算机上的晶格哈密顿量。方法先在量子线路中制备小晶格哈密顿量的精确基态,再通过一系列经Trotter化的绝热演化逐步扩大晶格至目标模型。作者给出了总演化时间与Trotter步数的充分条件,并提出在成核结构上加入变分优化的改进版本;对二维伊辛模型,该改进方法优于当前领先的数字量子计算态制备方法。

Jean Paul Sadia, Morten Hjorth-Jensen, Dean Lee 等

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Asymptotic Pseudospectra in Dissipative Floquet Quantum Systems: Geometric Structures and Observable Dynamics

说明周期驱动耗散量子系统中的渐近伪谱:几何结构与可观测动力学

简介本文研究周期驱动的开放量子系统,指出在接近热力学极限时,非正规性使Floquet谱不足以描述动力学,需要借助伪谱。作者依据伪谱残差的渐近尺度律,把单位圆盘划分为指数、代数和有界精度三类区域,并由此得到一种几何结构。文中通过两个可精确求解的模型说明这种结构的物理意义。

Yuncheng Xie, Haozhe Shi, Zhuocheng Ma 等

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Multi-Parameter Error Mitigation in Parametric Down-Conversion via SU(1, 1) Composite Segmentation

说明自发参量下转换中基于SU(1,1)复合分段的多参数误差抑制

简介本文研究在自发参量下转换中通过SU(1,1)空间动力学支配的复合分段来抑制误差。作者指出,温度漂移、角度失准和畴制备误差会降低光子对产生效率与相位稳定性。文中报告了奇次空间傅里叶谐波的结构、不同工作波长间的坐标缩放设计原则,以及开环热光偏置对角度漂移的补偿效果。在5°C热窗口内,论文给出的相对转换效率不低于0.954,相位相干指标保持在0.95以上。

Nastaran Ragerdi Kashani, Rouhollah Karimzadeh

★★★★☆ 值得关注
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Exact anomalous current fluctuations in the strong-anisotropy limit of the XXZ chain

说明XXZ 链强各向异性极限下的异常自旋电流涨落精确结果

简介本文研究折叠 XXZ 链(XXZ 链强各向异性极限的模型)中的自旋电流涨落。作者在无限温度下给出了时间积分自旋电流矩母函数的精确表达式。长时渐近分析表明,经重新标度的时间积分电流收敛到由 M-Wright 函数描述的非高斯分布。推导依赖于到一维 t-0 模型的非局域映射及其精确的自旋-电荷分离。作者还表明,相邻两个格点上自旋之和的动力学关联函数在长时间下呈现扩散型高斯分布。

看点给出折叠XXZ链自旋电流矩母函数的精确表达式,并证明其长时间极限为M-Wright非高斯分布,有实质新意。

Taiki Ishiyama, Taiga Kurose, Kazuya Fujimoto 等

★★★★☆ 值得关注
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Experimental certification of multipartite Bell correlations using only few-body symmetric correlations

说明仅用少体对称关联实验验证多方贝尔关联

简介本研究在光子实验中验证了多方贝尔关联,只需测量固定阶数的少体置换不变关联,无需全体关联测量。作者针对六光子和八光子后选择Dicke态设计了见证式,加入少量四体关联后,噪声容忍度明显高于仅用两体关联的已有方案。实验分别观察到超出见证界限32和8.9个标准差的违背。

看点提出仅用少体对称关联认证多体贝尔关联的思路,并以少量四体关联显著提升噪声容忍度,实验在六、八光子上观察到大幅违背。

Jiacheng Sun, Mengyao Hu, Pawe\l{} Cie\'{s}li\'{n}ski 等

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Consistent histories and the ultrametric on infinite tensor products

说明一致历史与无穷张量积上的超度量

简介本文研究量子力学的一致历史表述,讨论在无穷多次记录的极限下,历史之间如何形成几何结构。作者证明,记录间的Bures距离累积是否可和,决定了历史是弱等价还是分属正交超选择sector,并由此定义一个伪超度量,经商去零距离后成为完备超度量。

Andrew Lesniewski

★★★★☆ 值得关注
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A Memory-Magic Exchange Law in Streaming Clifford+T Compilation

说明流式 Clifford+T 编译中的记忆与魔态交换定律:关于在容错处理器上,把相位分批到达时,保存经典记忆与提前投入魔态之间如何权衡的理论研究

简介该论文研究容错处理器上相位分批到达时的一种权衡:要么保留经典记忆直到最后一批到达,要么在相位确定前就投入魔态(T门)。作者给出了每比特放弃记忆所需承担的 T 门数(交换率 α)的界,并在逐坐标的无辅助比特 Clifford+T 编译下,证明在多数情形下 α 至少约为 3(部分结论依赖一个未证明的等分布猜想)。

看点通过新的初等行列式方法与球面分解,给出在无辅助比特的逐坐标Clifford+T编译中记忆与魔术态交换率的显著改进界限,并以精确SMT检验支撑;影响限于量子编译的特定子领域。

Jinze Yang, Yangyang Li, Xiu-Hao Deng

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A magnetic-field insensitive gate set for trapped-ion nuclear spin qubits

说明一种对磁场不敏感的囚禁离子核自旋量子比特门集

简介该论文给出了在高磁场(如彭宁阱所需磁场)中操作囚禁离子核自旋量子比特的一套完整操作方案。在高场下核自旋与电子自旋基本解耦,核自旋对外磁场的敏感度较低,但操作速度较慢。作者提出一种借助电子自旋实现的双比特相位门方法,并通过保持核自旋编码来保护量子比特免受磁场影响,该方法也适用于较低磁场以及微波和激光场梯度两种情形。

Jonathan Paul Home, Jeremy Flannery, Matteo Mazzanti 等

arXiv quant-ph

Parametric DRAG for leakage-suppressed exchange gates in superconducting qubits

说明用于超导量子比特泄漏抑制交换门的参数化DRAG方法

简介该论文提出一种参数化导数消除绝热门方法(PDRAG),用于超导量子比特之间的交换门,以抑制快速激发转移带来的两类泄漏通道,同时保持目标交换作用。在100 MHz耦合强度下的Duffing仿真中,校准后的PDRAG相较基础脉冲将泄漏降低约5.27×10^5倍(12.5至35纳秒区间的几何平均值)。将导数系数迁移到电荷哈密顿量后,在12.5至22纳秒区间平均降低约893倍。

Yiwen Li, Xinsheng Tan, Yang Yu

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Scanless quantum Fourier-transform mid-infrared spectroscopy for solids and surface analysis

说明无扫描量子傅里叶变换中红外光谱,用于固体与表面分析

简介本文介绍一种基于量子纠缠光子对的中红外光谱仪(sQFTIR),利用光谱域采集而无需扫描光学延迟,约100毫秒即可完成测量。研究展示了其对干燥药物(金表面上的胰岛素)的高光谱成像、纸币防伪特征的分析,以及透过浑浊陶瓷介质的成像与光谱测量。

Paul Gattinger, Michela Conti, Franziska Dietz 等

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Directional transfer from coherence to longitudinal polarization and algebraic storage in a transmon with Markovian dephasing and a glassy environment: A non-Markovian fractional renewal model

说明从相干到纵向极化的定向转移,以及在含马尔可夫退相位和玻璃态环境的transmon中的代数存储:一个非马尔可夫分数更新模型

简介该论文提出一种非马尔可夫的transmon量子比特模型,包含纵向马尔可夫退相位和由玻璃态两能级缺陷环境引起的横向更新事件。在无能量弛豫的情况下,相干与纵向极化之间存在定向转移;对于重尾等待时间(0<α<1),纵向极化中出现约为t的-α次方的存储尾部。与泊松更新参考模型相比,文中的Prabhakar更新模型在所研究参数下给出更大的正向转移幅度。

Ruha U\u{g}ra\c{s} Erdo\u{g}an, Ferit Acar Savac{\i}

★★★★★ 值得关注
arXiv quant-ph · cond-mat.mtrl-sci

L-band single-photon generation from a cavity-coupled silicon C-center

说明硅C色心的腔耦合单光子产生(L波段)

简介研究人员在硅材料中分离出单个C色心,并将其耦合到纳米光子晶体腔中,使零声子线的自发辐射速率提高,激发态寿命相比体材料条件缩短约五倍。二阶自相关测量确认该缺陷发出单光子,未做背景校正时的光学纯度为g(2)(0)=0.23。该光源位于光纤低损耗的L波段,为硅基量子通信应用提供基础。

看点首次在硅中隔离单个C中心并耦合腔实现L波段单光子发射,Purcell因子下限33,g2(0)=0.23,证据较充分。

Carolina Crosta, Kyu-Young Kim, Purbita Purkayastha 等

★★★★☆ 值得关注
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Approximate majorization and high-order capacity of quantum depolarizing channels

说明退极化信道的近似majorization与高阶容量

简介本文研究量子退极化信道在多次使用时,纠缠是否能为经典通信带来优势。作者提出关于退极化信道输出的majorization关系猜想,并证明其近似版本。基于此,给出了量子退极化信道经典容量的紧致三阶展开,并表明纠缠编码与集体解码相比乘积编码最多只能将消息规模提升 O(log log n) 比特。

看点提出去极化信道输出的主化猜想并证明近似版本,结合移位对数行列式排序与反集中界,给出经典容量三阶展开,对理论界限有实质改进。

Zhiwei Song, Xin Wang, Marco Tomamichel 等

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

Ultra-high-distance quantum memories from amplified qLDPC codes

说明基于放大 qLDPC 码的超高码距量子存储器

简介本文提出“距离放大器”方法,通过将基础码与放大器张量积,提高量子低密度奇偶校验码的码距和电路级保护能力,并给出可严格证明的电路码距下界。作者证明了三类放大器(带标志位的 [[4,2,2]]、超图乘积码和旋转表面码)下电路码距可精确相乘。文中示例由 [[18,4,4]] 种子码经四次放大得到 [[13320,64,64]] 码,电路码距不低于 48。

看点提出可递归放大码距的模块化构造,并证明电路距离乘积关系,结果较新颖;证据为严格证明与具体码例的界限。

Zijian Liang, Boren Gu, Yu-An Chen 等

arXiv quant-ph · cs.DC

Encoding and Node Choices in Transversal Fault-Tolerant Distributed Quantum Computations: An Initial Study

说明分布式容错量子计算中的编码与节点选择初步研究

简介本文比较了用于分布式量子操作(如横向非局域CNOT)的不同双变量自行车(BB)编码与节点选择方案。作者指出,仅减少纠缠比特(ebit)消耗未必是选择逻辑量子比特编码的最佳标准,若目标是降低分布式计算的逻辑错误率,还应考虑码距更大的编码。文中以分布式CNOT和全局CZ门(GCZ)为例,并指出一个自对偶[[120,8,12]] BB码上的横向物理GCZ可在考虑横向Hadamard所诱导的逻辑置换后,实现八个并行的逻辑GCZ操作。

Seng W. Loke

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph · math-ph · math.MP

Near-Optimal Quantum Algorithm and Complexity Analysis for Riccati Problems

说明Riccati 问题的近最优量子算法与复杂度分析

简介本文提出量子算法,用于构造连续时间与离散时间代数 Riccati 方程、微分 Riccati 方程及有限 Riccati 递推解矩阵的块编码。其核心为统一四类 Riccati 问题的量子加权 Riesz 方法。在给定访问与归一化假设下,代数方程的算法查询复杂度在对数因子内近似最优,并建立了相应的下界与 BQP 完备性结果,还包括线性二次控制、量子化学及加热边界控制的应用与数值验证。

看点提出统一四类Riccati问题的加权Riesz量子算法,并给出近最优查询复杂度与乘积下界,同时证明BQP完备性,理论贡献显著;实验验证规模有限。

Jingyao Wang, Yanqiao Wang, Bowen Li 等

arXiv quant-ph · cs.NI

Optimal Entanglement Routing in Quantum Repeater Chains: Beyond Fixed Operation Order and Purification Schedule

说明量子中继器链中的最优纠缠路由:超越固定操作顺序与纯化调度

简介本文研究量子网络中通过纠缠纯化与纠缠交换建立远距离纠缠对的路由问题。作者放宽了现有方法对操作顺序和纯化调度的限制,在有限链路容量的线性中继链上,在保真度阈值约束下最大化端到端期望吞吐量。文中提出了统一优化框架,并在对称Pauli噪声下证明了泵浦纯化与树形纯化各自的可行性界限;数值结果显示,采用树形调度时可服务超过90%的泵浦方法无法满足的请求。

Aikaterini Mandilara, Antonia Tsili, Dimitris Syvridis 等

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

Encoding universal quantum computation into quantized Berry phases: Hardness results and classical algorithms

说明将通用量子计算编码进量子化贝里相位:困难性结果与经典算法

简介该论文研究量子化贝里相位的计算复杂性,证明在谱隙反多项式小时,判断贝里相位恰为0或π是BQP完全问题,因此在BPP≠BQP假设下存在超多项式量子优势。作者还将该困难性推广到二维方格上的Heisenberg与XY等哈密顿量,并给出固定维度、常数谱隙的几何局域哈密顿量的经典多项式时间算法,指出谱隙而非精度才是经典可解性的关键。

看点证明量子化Berry相位判定为BQP完备,并给出编码构造及经典多项式算法,推进了量子优势的理论边界;证明为主,缺少实验。

Kazuki Sakamoto, Keisuke Fujii

arXiv quant-ph

Non-Canonical Quantum Otto Engine

说明非正则量子奥托热机:超出弱耦合假设的量子热机研究

简介该论文研究有限时间量子奥托循环热机的效率与功率统计。传统研究假设正则热化,仅在弱耦合条件下成立。作者考察非正则效应,发现通过调控工作物质与热库组成的复合系统的能谱结构,可以控制效率与功率的平均值及方差。在能谱中形成束缚态所诱导的量子临界点附近,平均效率和功率可同时提高,二者的方差也随之降低。

Wei Wu, Jun-Hong An

arXiv cs.NE · quant-ph

Adaptive Rotation for iSOMA: Geometry, Benchmarking, and Noise Robustness in Variational Quantum Objectives

说明iSOMA 自适应旋转:几何、基准测试与变分量子目标中的噪声鲁棒性

简介本文提出 iSOMA-AR,通过从成功迁移位移中学习坐标基并在该基下施加扰动掩码,以降低改进型自组织迁移算法(iSOMA)对坐标的依赖。在无噪声 BBOB 测试集上,它显著优于基线 iSOMA,在几何上较难的地形中提升最大。在变分量子目标的部分实验中,自适应旋转对多数横场条件有所改善;在强采样噪声下,SOMA 系列方法最稳健,但 iSOMA-AR 并不显著优于基线 iSOMA。

Vojt\v{e}ch Nov\'ak, Ivan Zelinka

arXiv physics.optics · cond-mat.mes-hall · quant-ph

Optically-Induced Modulation and Programming of Diamond Photonic Cavities

说明金刚石光子腔的光致调制与编程:用绿光在近红外腔共振上实现快速可逆调制和长时间保持的波长调谐

简介研究者在含氮空位色心的悬空金刚石法布里-珀罗纳米梁腔上,用532纳米绿光照射,实现了全光调制和长期可保持的调谐。红外波段的腔响应由热光红移与被归因于自由载流子等离子色散效应的电荷介导蓝移共同决定。用10毫瓦、20千赫调制的绿光可获得约45%的红外调制深度;最大调谐量为3.15纳米(0.87太赫兹),且腔线宽与对比度未见明显下降。

Yuchun Zhu, Amirali Arabmoheghi, Nicolas Le Thomas 等

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

A quantum thermal machine surpassing the classical thermodynamic limit on precision

说明一台量子热机在精度上超越经典热力学极限

简介该论文通过超导量子热机实验,观测到稳态量子输运的精度可以超过经典热力学不确定性关系(TUR)所允许的界限。实验测得 TUR 比值 Q = 1.71 ± 0.17,违反了经典下界 Q ≥ 2。研究显示量子与经典热力学之间存在根本区别。

看点首次在超导量子热机中实验观测到稳态输运突破经典热力学不确定关系,证据为测得Q=1.71±0.17低于经典下界2,影响限于量子热力学基础领域。

Simon Sundelin, Ludvig Nordqvist, Khalak Mahadeviya 等

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

Margenau-Hill distribution as a Necessary and Sufficient Signature of Measurement Incompatibility

说明Margenau-Hill 分布:测量不相容性的充要标志

简介该论文研究量子测量的不相容性与 Margenau-Hill(MH)准概率分布之间的关系,建立了二者的可操作联系。作者给出任意有限维下两个二分观测量联合可测性的条件,并证明对不清晰二分测量,MH 分布为正当且仅当这些测量联合可测。论文还提出了适用于多个互相反对易观测量的 MH 类分布的充分条件,并设计了一种受量子开关结构启发的干涉仪方案来重构 MH 分布以检验不相容性。

看点建立了两个二分观测量的联合可测性与MH准概率分布正性之间的充要关系,并推广到n个观测量,理论上有较强新意与严格证明。

Partha Patra, A. K. Pan

arXiv cond-mat.quant-gas · physics.optics · quant-ph

Second-order coherence properties of ultrafast polariton dynamics in plasmonic lattices

说明等离激元晶格中超快极化激元动力学的二阶相干性

简介本文研究由等离激元晶格支持的极化激元发光的二阶相干性,分别测量了布里渊区中心(Γ点,基态)和非Γ点(高能尾部)的辐射。结果显示二阶相干函数 g(2)(τ=0)-1 小于 10^-4,并证明动力学具有超快特性(超过 1 THz)。作者将其解释为热化时间短于 50 飞秒的玻色-爱因斯坦凝聚,同时也提出了另一种解释:发射体具有振动自由度时的超辐射。

Evgeny A. Mamonov, Lukas Freter, Sioneh Eyvazi 等

arXiv quant-ph

Arbitrary high-dimensional entanglement purification with the superposition of paths

说明利用路径叠加实现任意高维纠缠纯化

简介本文提出一种可扩展的方法,借助路径叠加实现任意高维纠缠纯化协议(HDEPP)。通过选择合适的单粒子(单量子比特推广为多能级)门,可以纯化量子位翻转错误和相位翻转错误。文中指出,该协议在维度更高时反而更稳健,纯化保真度随维度增加而提升。作者还提出了利用超纠缠对光子频率自由度进行纯化的可行光学方案。

Zi-Han Zheng, Wen-Qiang Liu, Chen-Ming Bai 等

arXiv quant-ph · cs.AI

SQUARE: Structured Quantum Representation Adapters as Compact Quadratic Feature Maps for Frozen Language Models

说明SQUARE:面向冻结语言模型的结构化量子表示适配器,一种紧凑的二次特征映射

简介该论文提出SQUARE,一种紧凑的适配模块,将冻结语言模型输出的低维向量经幅度编码后送入参数化量子线路并测量,以紧凑方式表示特征间的二次交互。在八个由GLUE派生的受控交互任务上,其平均测试准确率为0.7565,高于仿射归一化二次预测器(0.7355)和MLP(0.6817)等对比方法。实验基于量子线路模拟,学到的特征映射可在PyTorch中精确计算,无需量子硬件。

Emily Jimin Roh, Hyojun Ahn, Hoyeong Lee 等

★★★★★ 值得关注
arXiv math.FA · math-ph · math.MP

Stability of isometries of quantum states

说明量子态等距映射的稳定性

简介本文证明了正迹类锥在迹度量和Bures度量下,满射近似等距映射具有与维数无关的Hyers-Ulam稳定性。近似等距可被一个Wigner对称(幺正或反幺正共轭)一致逼近,误差在迹度量下至多为9ε/2,在Bures度量下为2√2ε。在无穷维情形中,作者构造了使距离失真趋于零、却始终与任何Wigner对称保持固定一致距离的谱保持同胚。

看点提出维度无关的Hyers-Ulam稳定性并给出精确常数,同时构造无穷维反例说明模不能独立于维数,证明严格。

Sam Looi

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph · physics.chem-ph

Minimal building blocks for molecular quantum circuits with exact spin symmetry

说明分子量子线路中具有精确自旋对称性的最小构建模块

简介论文研究保持粒子数和自旋的量子线路,需要哪些额外操作,才能与保持自旋的轨道旋转一起,实现固定粒子数、总自旋与自旋投影子空间内的任意实态旋转。结果表明,在非最大自旋区域,重复的单重态电子对转移即可满足要求;在非平凡最大自旋边界上,需要额外的单电子与双电子项生成元,并给出了所需最少轨道数。分子基准测试显示,该操作可消除边界能量误差平台,部分内部构造在选定比较中以更少的 CNOT 门达到预设精度。

看点给出精确自旋对称量子线路的最小构件及边界情形的充要条件,并证明最少轨道数,理论上有明显推进;分子基准验证了边界平台的消除。

Mengwei Liu, Zhenyu Li

arXiv hep-th · gr-qc · quant-ph

Constructing and Probing Three-Boundary Booklet Geometries

说明三边界小册子几何的构造与探测

简介本文将部分纠缠热态(PETS)框架扩展到三边界情形,用三价结张量替代原有的两指标插入数据,构造出PETS$_3$态。在半经典层面,其对应的体几何受Israel结条件约束,并给出候选的对称分支与混合取向分支。作者通过计数对称全黑洞扇区的态,检验了该构造的自洽性,并用重算符探测估计探测与普适比值约为3,是两边界情形3/2的两倍,表明局域于单一边界的微调探测可能用于检验该三边界壳态。

Yan Liu, Shaodong Zhou

arXiv quant-ph

A quantum double-bracket algorithm for imaginary-time evolution with exponentially shorter depth

说明指数级缩短线路深度的量子双括号虚时间演化算法

简介本文提出一种概率型双括号量子虚时间演化算法(PDBQITE),用于制备目标哈密顿量的基态。该方法只需一个辅助量子比特,每次迭代包含一次受控实时演化和一次中途测量,可显著降低线路深度。代价是总成功概率随迭代次数呈指数衰减,作者给出了与系统规模无关的解析下界。数值模拟显示每步成功概率接近 1。

Ioannis Kolotouros, Raul Garcia-Patron

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

Quantum Query Lower Bounds for Triangle-Listing and Spanners

说明三角形列举与spanner构造的量子查询下界

简介本文在通用图查询模型下,给出量子查询下界:列举三角形与构造乘性k-spanner两类图问题。作者扩展了量子查询记录框架,并借助中间多块搜索问题完成归约。结果显示,列举一定比例三角形需要Ω(n^{3/2-o(1)})次量子查询;对k≥7的乘性k-spanner,构造需要Ω(n^{1+1/(2μ_k)})次查询,其中μ_k=k/3+O(1)。

看点提出多块搜索归约与双向预言机的量子记录框架,首次给出三角形列举的非平凡量子下界,并改进了spanner的量子查询界,证据为严格的归约与算子范数刻画。

Yu Chen, Ananta Mukherjee, Mingyang Yang

arXiv cond-mat.quant-gas · cond-mat.dis-nn · quant-ph

Quantum Simulation of Detuning-Controlled Proximity-Induced Localization and Reentrant Delocalization in a Quasiperiodic Ladder

说明失谐可控的准周期梯子中邻近诱导局域化与再入式去局域化的量子模拟

简介该论文在一个失谐的准周期梯子模型中,展示了邻近诱导的局域化以及再入式去局域化现象。在弱准周期区域,仅对一条腿施加交错失谐,可通过腿间杂化使相邻腿发生局域化;失谐继续增大时,纯链又重新回到去局域化状态。作者在IBM量子硬件上给出了可实验测量的动力学信号,表明该方法可作为控制耦合准周期系统局域化的可编程旋钮。

Mrinal Kanti Giri, Shih Tai-Ming, Pinaki Sengupta 等

arXiv cond-mat.mes-hall · cond-mat.other · quant-ph

Cavity-QED enhancement of quantum entanglement and battery performance in double quantum dots

说明腔量子电动力学对双量子点中量子纠缠与量子电池性能的增强

简介本文从理论上研究了单电子硅双量子点与单模微波腔耦合体系中的量子关联与能量存储。通过Rashba自旋轨道耦合使电荷与自旋自由度杂化,并用共generate浓度和l1范数分别刻画自旋-电荷纠缠与量子相干。研究发现腔体会在低温下显著改变这种关联,并在双量子点主导与光子修饰两种区域之间出现非线性过渡,同时作为量子电池,其储存能量与可提取功(ergotropy)也随之出现明显变化。

Hamid Arian Zad, Usama Shoukat, Michal Ja\v{s}\v{c}ur 等

arXiv quant-ph · cs.SY · eess.SY

Towards Scalable Quantum Unit Commitment in Power Systems: Encoding and Complexity Reduction Techniques

说明面向电力系统机组组合的可扩展量子优化:编码与复杂度降低技术

简介本文提出一种用于电力系统机组组合(UC)的量子优化框架,结合 Pauli 相关编码(PCE)作为减少量子比特数的预处理,以及基于样本的量子对角化(SQD)作为混合后处理。研究分析了随发电机数量增加时,这两种技术对量子比特可扩展性、计算开销、可行性及恢复最优解概率的影响。文中称,二者结合在若干可扩展案例中表现最佳,能以低于未降维形式的有效计算成本得到更可靠的解。

Marc Carrillo-Mu\~Noz, Sergio Mart\'Inez-Hermida, Sara Barja-Mart\'Inez 等

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

Universal Inductive Inference of Quantum States

说明量子态的通用归纳推断:在无法直接观测的量子序列中学习并预测下一次测量结果的理论框架

简介论文将所罗门诺夫(Solomonoff)的通用归纳推断理论推广到量子系统,提出学习并预测可能存在跨时间关联与纠缠的量子源的框架。学习者依据过去的测量结果和测量后的量子系统,产生能预测下一次测量结果的联合态。论文给出了轮次复杂度为 O(sε⁻²δ⁻¹) 的信息论推断算法,并证明了在相关参数范围内的匹配下界,还构造了非独立同分布的量子态层析算法,同时探讨了在量子密码学假设下的计算困难性。

看点将Solomonoff通用归纳推广到量子源,给出与经典情形匹配的下界,理论上有新意且证明较完整,但应用影响面偏理论化。

Taiga Hiroka, Min-Hsiu Hsieh, Yuki Shirakawa

arXiv quant-ph

Exact quantum algorithm for searching of multiple sets intersection

说明多集合交集的精确量子搜索算法

简介本文基于 Long 的修正 Grover 搜索方法,提出一种精确搜索多个集合交集的量子算法。作者推导并证明了精确求交所需的相位匹配条件,并给出了实现该搜索的量子电路。文中还通过数值模拟对理论结果进行了验证。

Sheng-Ao Mao, Lin Zhang, Bo Li

arXiv quant-ph

Device-independent quantification of steerability in tripartite scenario

说明三方场景下可操控性(steerability)的设备无关量化

简介量子操控(steering)指一方通过对共享纠缠态的局部测量,影响远方各方的条件态,且无法用局域模型解释。本文把二方情形中的装配矩阵(AMM)框架推广到三方情形,涵盖两方联合操控第三方以及一方操控另外两方两种场景。对每种场景,作者构造了半定规划,仅依据观测到的关联甚至仅依据贝尔不等式的违背,即可给出底层装配的操控鲁棒性下界。这些下界还能以设备无关的方式,证明操控方所用测量之间的不相容性。

Xin-Hong Wang, Miao-Tzu Lin, Shin-Liang Chen

arXiv quant-ph · cs.AI 有代码

Digital Twin Modeling of Quantum Dynamical Systems: Dissipative Quantum Reservoir Computing

说明量子动力学系统的数字孪生建模:耗散量子储层计算

简介该论文提出一种耗散量子储层计算框架,用于从输入输出数据学习驱动量子多体系统的响应,其中储层保持固定,仅训练经典读出层。以高次谐波产生为例,作者称一个单量子比特储层即可复现规模更大的伊辛自旋链的响应,并在一个代表性基准上与已有时间卷积模型和柯尔莫哥洛夫-阿诺德网络模型相比表现相当或在若干指标上更优。

Abhijit Sen, Bikram Keshari Parida, Shital Chauhan 等

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

Closing a single-copy gap to the Holevo bound with two-copy measurements

说明用两份量子态副本的测量弥合单副本与 Holevo 界之间的差距

简介该论文研究量子多参数估计的 Holevo Cramér-Rao 界能否在有限副本数下达到。作者构造了一个三参数秩为二的模型,证明其 Holevo 界在单副本下不可达到、但在两副本下可精确达到,并证明全秩模型在任意参数数量下都存在有限副本的差距。作者还用超导量子比特实验实现了两副本集体测量,观测到其估计误差低于单副本与分离测量的界,且该优势在一定的退极化噪声范围内持续存在。

看点构造三参数秩二模型,证明单拷贝无法达到Holevo界而两拷贝可以,并给出全秩模型的有限拷贝持续间隙证明,推翻了普遍猜想。

Changhao Li

arXiv quant-ph

Exact Trotterization in the Degenerate Quantum Rabi Model

说明退化量子 Rabi 模型中的精确 Trotter 化误差分析

简介本文针对深强耦合区的量子 Rabi 模型数字量子模拟,在可精确求解的退化极限下,给出 Trotter 化误差的精确刻画,此前仅有定性界。作者证明一阶 Trotter 算子有闭式表达,其生成的相空间轨迹恰好位于一个经过重新缩放并整体旋转的圆上,并据此给出态保真度的闭式。作者还指出,将 Trotter 步的耦合系数推广为复数可精确修正这一几何误差,且不增加线路开销。

I. Lizuain, A. Rodriguez-Prieto

arXiv quant-ph

Ordering controlled by the measurement-feedback interval in quantum Boltzmann samplers

说明测量-反馈间隔如何在量子玻尔兹曼采样器中诱导有序

简介本文研究量子玻尔兹曼采样器中,仅改变测量-反馈间隔而保持耦合参数和局部耗散规则不变时能否产生有序态。结果表明,在零环境退相位下,重复投影测量会去除弛豫过程中再生的横向相干性,从而增强局部纵向响应。在 Curie–Weiss 极限下,对于低于平衡阈值的耦合,缩短读出间隔会驱动向有序稳态的连续相变,而编程的玻尔兹曼分布仍保持无序。

Peng Wang, Yu-Xuan Zhang, Hai-Tao Ding 等

arXiv quant-ph · cond-mat.mes-hall

Quantum States and Spectra of Small Cylindrical and Toroidal Lattices

说明小型圆柱形与环形晶格的量子态与谱

简介该论文研究了带位置相关相位的标量规范势作用下、小尺寸圆柱形与环形(环面)晶格的谱和量子态。研究指出,周期性边界条件会使无限晶格中成立的规范等价性一般丧失,并给出了恢复该等价性的条件。作者还分析了规范选择、边界条件、格点耦合强度及轴向场等参数的影响,发现了与规范相关的能级避免交叉和持久简并。

Caelan Brooks, Kunal K. Das

arXiv quant-ph

Block-Wise Variational Quantum Algorithms for PDEs with Interface Penalty Constraints

说明用于带界面惩罚约束偏微分方程的分块变分量子算法

简介该论文提出一种分块变分量子算法,用于求解解的复杂度在空间上不均匀的偏微分方程。计算区域被划分为若干局部量子子问题,各块根据可计算的难度指标分配网格规模和量子线路结构,并通过状态、导数和通量的统一跳跃惩罚项耦合相邻块,同时自适应地跟踪移动的粗糙区域。在椭圆型、对流扩散和Burgers问题上的模拟显示,与全局变分量子方法相比,该方法误差更低,局部线路宽度峰值更小。

Hangran Jie, Yuntao Cui, and Sunho Kim

arXiv quant-ph

A Divide-and-Conquer Quantum-Selected Configuration Interaction for Evaluating π-π Stacking Interaction Energies in the Benzene Dimer

说明用分治量子选择组态相互作用计算苯二聚体的π-π堆积相互作用能

简介该论文针对苯二聚体(benzene dimer)的π-π堆积相互作用,提出一种分治式量子选择组态相互作用方法(Deep QSCI)。方法先对单体做一次QSCI计算,再在其基态上施加粒子数守恒的单电子激发构造局域基,结合分子间相互作用哈密顿量对二聚体的有效哈密顿量进行对角化,并在不同分子间距之间复用单体结果,将所需量子比特从40降至20。在6-31G**基组下得到的最小结合能为-0.91 kcal/mol(4.0 Å),与经counterpoise校正的CCSD(T)结果-1.14 kcal/mol相比;在cc-pVDZ下出现较大抵消,作者认为与活性轨道和局域基在单体间的一致性不足有关。

Ryotaro Tajima, Rei Sato, Yosuke Iyama 等

arXiv quant-ph · cs.CV

Quantum Fidelity Landscape-Guided Prior Calibration for Single-Circuit QGAN Image Generation

说明基于量子保真度结构校准先验的单电路量子生成对抗网络图像生成

简介本文研究用单个量子电路的量子生成对抗网络(QGAN)进行像素级端到端图像生成,避免常见的分块方法。作者提出量子保真度结构(QFL),并据此在对抗训练前校准先验,提出BasicQGAN框架。在小规模灰度图像数据集上,该方法实现了稳定有效的生成,所需量子比特和可训练参数少于代表性的分块量子生成器。

Xue Yang, Rigui Zhou, Dax Enshan Koh 等

arXiv quant-ph

Optimized Randomized Hamiltonian Simulation via Average-Error Analysis

说明基于平均误差分析的优化随机哈密顿量模拟

简介论文提出一种随机哈密顿量模拟框架,按任意概率抽样哈密顿量各项并顺序实现短时演化。研究指出,按算子范数抽样的经典qDRIFT方法并非对典型输入态最优,改为按希尔伯特-施密特范数抽样,平均误差界更小。对于泡利串形式的哈密顿量,结合可对易泡利分组可进一步降低误差界。

Hayata Morisaki, Keisuke Fujii

arXiv physics.optics · quant-ph

Single-Photon Nonlinearity from a Nanobeam with a Quantum Dot

说明纳米梁腔与量子点的单光子非线性

简介该论文报道了一种由纳米梁腔耦合单个量子点构成的单光子非线性器件。该器件可与单模光纤直接耦合,耦合效率为60%,在皮秒共振脉冲驱动下,每个脉冲0.24个入射光子即可实现单光子非线性。系统工作于强耦合区,耦合速率g/2π为29.1 GHz,合作度C为3.98,作者认为它是一种紧凑、可集成到芯片且兼容光纤的光子量子技术构件。

Abhijit Biswas, Neelesh Kumar Vij, Allan S. Bracker 等

arXiv quant-ph

Synchronized Quantum Devices in Lossy Channels

说明高损耗信道中的量子设备同步:利用偏振辅助的同步协议

简介该论文利用自发参量下转换产生的纠缠光子对,提出并实验验证了一种偏振辅助同步协议,使量子设备在卫星到地面量子信道等高损耗条件下仍能保持同步。实验显示,该方法可在更高信道损耗下实现可靠的同步获取,卫星到地面的距离最多可增加约40%。蒙特卡洛模拟表明,这一改进在多种光子稀缺条件下均成立。

Ravi Singh Adhikari, Aman Gupta, Xiaoyu Ai 等

arXiv quant-ph

Root-system structure of sloppiness in passive Gaussian metrology

说明无源高斯计量中“松散性”的根系结构

简介本文研究对压缩态探针进行无源变换时,量子Fisher矩阵秩亏导致的局部不可辨识问题。作者证明对纯零均值高斯探针,Sp(2n,R)/U(n)的C_n限制根系决定这种精确的松散性,并给出各类零方向与对应Fisher权重。在固定正平均光子数下,论文求解了使最小无源Fisher特征值最大化的E最优探针设计问题。

A. Kafuri, B. M. Rodriguez-Lara

arXiv quant-ph

Shared Phase Arithmetic for Parallel Quantum Rotations

说明并行量子旋转的共享相位运算:用共享相位寄存器一次性实现一层对角门

简介论文提出并行相位反冲(PPK)方法:将多个旋转参数的加权和相干计算后,一次性加到相位梯度态上,再取消计算,从而把表示相位函数的代价与施加相位的代价分开。作者给出了正确性证明、误差界,并分析了一般权重、两个旋转及二进制支撑不相交权重等情形下的逻辑门数。结论指出了共享相位运算何时能降低摊销旋转成本,以及编码开销何时会抵消这一优势。

Anbang Wu, Liqiang Lu, Pu Pang 等

arXiv quant-ph

Factorization dynamics between quantum Fisher information and quantum coherence

说明量子费希尔信息与量子相干性之间的因式分解动力学

简介本文研究量子费希尔信息(衡量量子态对参数变化敏感度)与量子相干性之间的因式分解关系。作者在量子比特和三能级系统中制备纯态并施加幺正演化,理论与实验均验证了该因式分解规律。文中还给出了一个不依赖末态信息的参数估计方差下界。

Xinzhi Zhao, Xinglei Yu, Liangsheng Li 等

arXiv cond-mat.quant-gas · quant-ph

Generalized Effective Spin-Chain formalism for multicomponent anyons in one-dimensional optical lattices

说明一维光学晶格中多组分任意子的广义有效自旋链方法

简介该论文提出一种广义有效自旋链(GESC)框架,用于研究一维光学晶格中强相互作用的多组分任意子。框架把粒子运动映射为无自旋费米子,把自旋态映射为有序链,从而区分自旋与电荷。论文指出,在强相互作用下,分数交换统计相位通过虚隧穿过程体现在自旋交换系数中,并讨论了非平衡动力学中由方向相关相位引起的输运行为。

Sagarika Basak, Xi-Wen Guan, Han Pu

arXiv cond-mat.quant-gas · quant-ph

Multicomponent anyons in one-dimensional optical lattices

说明一维光学晶格中的多分量任意子

简介该论文研究了被限制在一维光学晶格中的多分量相互作用任意子的基态与动力学性质,采用任意子Hubbard模型考察自旋与电荷关联随相互作用强度和任意子统计参数的变化。结果显示,分数交换统计与多分量效应共同显著改变了电荷与自旋关联,动量分布的对称壳层结构出现不对称、新谱峰等重构。研究还发现自旋关联存在反铁磁序,猝灭动力学中统计相位参数可使偶极振荡在欠阻尼与过阻尼之间切换。

Sagarika Basak, Xi-Wen Guan, Han Pu

arXiv hep-th · cond-mat.stat-mech · cond-mat.str-el

Emergent Symmetries in Ensemble Averages

说明系综平均中涌现的对称性:综述论文,讨论量子引力中全局对称性如何在理论系综平均后出现。

简介论文回顾了一系列工作,认为量子引力中虽普遍认为不存在精确的全局对称性,但在全息中遇到的理论系综平均之后,全局对称性仍可能涌现。作者以一类二维Narain型共形场论的系综平均为精确案例,该平均由Siegel-Weil公式计算,并被解释为三维阿贝尔Chern-Simons理论中的几何求和。论文还讨论了这一现象与Swampland纲领的关系,并把混合态的强到弱自发对称性破缺重新表述为系综平均中的对称性涌现,据此提出一个新的Swampland猜想。

Masahito Yamazaki

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

Exponential Advantage of Quantum over Classical References in Leakage Detection

说明量子参考态在泄漏检测中相对经典参考的指数级优势

简介论文提出:当编码子空间无法用经典方式描述时,可以用同一编码器制备的独立量子参考态来检测泄漏,无需经典重建编码。对于正交泄漏,漏检概率约为 4/M,与环境维度 d 无关;先测量参考态的方法在同样零误报要求下无法检测。对三个物理比特编码一个逻辑比特的例子,七个相干参考态即可实现至少 50% 的正交泄漏检测,而测量优先的接收器至少需要 588 个样本。

看点提出无需经典编码描述、用相干量子参考检测泄漏的新方案,并给出最优性证明与指数级样本优势,证据较扎实。

Zheng An

arXiv quant-ph

Affine spin-pencil factorization of generalized driven anisotropic Rabi--Stark Hamiltonians in an inhomogeneous orthosymplectic superalgebra

说明广义驱动各向异性Rabi–Stark哈密顿量在非齐次正交辛超代数中的仿射自旋笔束分解

简介论文利用非齐次正交辛超代数中的仿射因子构造了广义驱动各向异性Rabi–Stark哈密顿量的超对称分解,涉及两个实可逆自旋矩阵。该分解使正规乘积算子存在精确零能基态二重态,并给出Witten指数为2。文中还讨论了相关的Bargmann层级、有限多项式特殊态的端点条件,以及若干极限情形和一个包含直接与纵向驱动、Stark形变和强度依赖耦合的内部算例。

B. M. Rodriguez-Lara, F. H. Maldonado-Villamizar, A. Kafuri 等

★★★★☆ 值得关注
arXiv cond-mat.supr-con · quant-ph

Evanescent-wave Johnson Noise from Superconductors

说明超导体产生的倏逝波约翰逊噪声

简介本文计算了超导体上方真空半空间中的倏逝波约翰逊噪声,以及放置在纳米尺度距离表面处的自旋与电荷量子比特的弛豫时间 T1。作者基于 BCS 超导体的微观横向电流响应核,结合涨落耗散定理与半空间的非局域表面阻抗得到磁场与电场噪声。结果显示,略低于 Tc 时磁噪声因相干峰而增强,低温下指数衰减;磁性杂质会在零温下引入噪声底。

看点提出超导体表面消逝波约翰逊噪声及量子比特T1的完整理论框架,给出相干峰与零温噪声底的新预测,证据依赖理论推导。

Hruday Mallubhotla, Gustav Romare, Ilya Esterlis 等

arXiv quant-ph

Improved Quantum Algorithms for Black-Box Abelian Group Decomposition

说明黑盒阿贝尔群分解的改进量子算法

简介本文提出一种量子算法,用于把有限阿贝尔黑盒群分解为循环因子。算法借鉴Regev分解算法的量子采样与经典格约化方法,以高概率给出不变因子分解及对应的循环生成元。与Cheung-Mosca算法相比,该方法降低了电路门数总和、量子时间界和量子比特空间需求。

Junrong Luo, Yinan Li, Francois Le Gall

arXiv quant-ph · cs.AI · cs.LG

Quantum Computing for Network Security Classification: Near-Term Classification and Long-Term Memory Efficiency

说明面向网络安全分类的量子计算:近期分类表现与长期内存效率

简介本文系统研究量子计算在网络安全分类中的作用,包括两项实验。第一,在KDD Cup 1999、CICIDS2017和BoT-IoT数据集上比较量子核支持向量机与经典SVM基线,结果显示量子核在部分情形下可相当或更优,在其他情形下经典RBF核更强。第二,利用量子预言机草图(QOS)研究流式数据分类的内存优势,结果表明在相近精度下所需有效内存规模明显小于显式稀疏或QRAM式存储。作者认为,其长期价值可能在于内存高效的数据访问,而非即时的运行速度提升。

Yuqing Li, Poonam Bala Nehru, Yunpeng Zhang 等

arXiv cond-mat.stat-mech · quant-ph

Crossover of Scaling Behaviors of Work Cumulants in a Driven Gaussian Field Theory

说明驱动高斯场论中功累积量标度行为的交叉

简介本文在有限温度下导出了驱动O(N)高斯场论的功特征函数,并给出所有零温超额功累积量的闭式表达式。对于有能隙的过程,利用绝热微扰理论得到τ_Q^{-2}标度,其中τ_Q为过程持续时间;对于趋近临界点的幂律过程,分析了临界激发与常规贡献之间的竞争,并给出Kibble–Zurek型标度及对数修正的条件。

Yanbo Qiao, Ruohan Xu, H. T. Quan

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph · cs.CC · cs.DS

Degree Balance as a Fine-Grained Complexity Boundary for Quantum SAT

说明量子可满足性问题中,度数平衡是细粒度复杂度的分界线

简介本文研究局部哈密顿量问题(QMA 完备问题)的细粒度复杂度。在无挫折且近似正则(每个量子比特受近似相同数量约束)的假设下,作者给出指数级快于暴力法的经典与量子算法。同时在 (Q)SETH 假设下证明,量子 5-SAT 的最坏情形不存在非平凡加速,并显示即使仅有 O(√n) 个高度数量子比特,问题仍然困难;降低该集合规模或度数任一倍数 n^δ 即可获得 O(2^{(1-ε)n}) 算法。

看点提出了基于频繁性与度数平衡的指数加速算法,并给出近乎紧的(Q)SETH下界,形成细粒度复杂度二分,证明较为严密。

Atsuya Hasegawa, Jonas Kamminga, Fran\c{c}ois Le Gall 等

arXiv quant-ph · physics.optics

Transverse momentum as the counter-diabatic generator in bent waveguide couplers

说明横向动量作为弯曲波导耦合器中的反绝热修正生成元

简介这篇论文研究弯曲的模式演化耦合器。作者指出,弯曲轴线能抑制超模之间的非绝热耦合,而其背后起作用的算符是横向动量。文中给出了轴线斜率的闭式表达,并通过光束传播模拟,与直波导中用幺正变换实现的同类反绝热方案进行比较,两者保真度分别为0.994和1.000。

Yu-kai Lee, Shuo-Yen Tseng

arXiv quant-ph · hep-th

Dynamical resource theory of time-reversal symmetry breaking

说明时间反演对称性破缺的动力学资源理论

简介本文提出一个可操作的框架,用于量化量子信道中固有的时间反演对称性破缺(T 破缺),并将其纳入动力学资源理论,视为一种资源。作者将 T 破缺分解为两部分:源于反幺正运动反演的运动学 T 破缺,以及纯粹由热力学驱动的非幺正性,从而厘清了时间反演对称性破缺与不可逆性之间的混淆。

Jisho Miyazaki, Kohdai Kuroiwa, Mio Murao

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

Separability rigidity of Gaussian states under positive domination

说明高斯态在正序支配下的可分性刚性定理

简介本文证明:对有限模式高斯态,若其正序支配一个沿给定模式划分可分的非零正算符,则该高斯态本身也沿该划分可分。由此可推出:含非零可分离子信道的高斯信道本身为纠缠破坏信道;在有限次后选择的可分保持协议中,无法精确制备纠缠高斯态;连通的纠缠高斯双模边缘态可证明全局态的真正多体纠缠。

看点证明了有限模高斯态在正序支配下的可分性刚性定理,并推出多个应用,理论上具有实质新意,证明过程完整。

Evgeny Shchukin, Peter van Loock

arXiv quant-ph

Puncturing for Adaptive Entanglement-Assisted Stabilizer Codes

说明面向自适应纠缠辅助稳定子码的删余方法

简介本文提出一种针对纠缠辅助稳定子量子纠错码的删余(puncturing)构造,使同一母码可按可用Bell对数量进行调整。方法通过三步完成:将码视为无辅助稳定子码、删去接收端一个量子比特、再恢复纠缠辅助表示,使所需Bell对减少一个,同时保持传输和逻辑量子比特数不变。文中给出了距离损失的界,并分析了随机生成的编码,其中14.75%的码距离高于对应无辅助表示,其中81.4%存在可保持原距离的删余选择。

Nicolai Peder B\"ulow Pedersen, Jakob Kaltoft S{\o}ndergaard, Jaron Skovsted Gundersen 等

arXiv quant-ph · cs.DC · physics.chem-ph

Quantifying Teleportation Overhead in Distributed Unitary Coupled-Cluster Ansätze

说明分布式酉耦合簇拟设中的隐形传态开销量化

简介本文研究分布式量子计算中用于量子化学的酉耦合簇拟设(UCC)电路,以氢链为例,比较UCCSD、UpCCD和UpCCGSD三种电路。作者基于隐形传态方式,比较朴素划分方法与TeleSABRE算法的结果,估算跨分区非局域双比特门所需的贝尔对与经典通信开销。文中结论是:在Jordan-Wigner与Bravyi-Kitaev编码下,采用自旋分块Jordan-Wigner排序的UpCCD扩展性最好,而UCCSD所需的分布式资源明显更多。

Grier M. Jones, Hassan Tariq Shafi, Zixuan Wang 等

arXiv quant-ph

Bivariate Bicycle Codes over Group Algebras

说明群代数上的双变量自行车码

简介本文研究在有限群代数上构造双变量自行车码(BBGA码)的加权移位方法,属于量子纠错码领域。作者给出了稀疏性界,并通过计算机验证构造出若干具体码,包括一个[[144,16,12]]码和一个[[18,4,3]]码,并证明它们不与普通的阿贝尔实现等价。

Chaobin Liu

arXiv physics.hist-ph · quant-ph

What is Physics For? Why Classical Physics is not the Limit of Quantum Mechanics

说明物理学是为了什么?为何经典物理并非量子力学的极限

简介本文质疑“经典物理是量子力学低作用量极限”这一说法,认为量子形式体系暴露的测量问题、主客体分裂和科学表征本质等难题,早已潜伏在经典物理之中。作者主张,量子力学并非与经典物理截然断裂,而是把先前未被承认的哲学假设摆到了台前。文中以伦敦-鲍尔诠释和QBism为例,说明这种更广泛的概念重构。

Adam Frank, Jacques L. Pienaar, Michel Bitbol 等

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

Near-optimal quantum simulation of lattice Lindbladian dynamics

说明格点 Lindblad 动力学的近最优量子模拟

简介本文研究在由量子比特(qudit)组成的格点上,模拟几何局域 Lindblad 动力学的问题。作者提出一种算法,可用几何局域电路近似演化时间 t 与 N 个量子比特的时间演化,以钻石范数衡量的误差为 ε,电路深度为 O(t polylog(Nt/ε))。结果表明其性能与格点哈密顿量模拟的 HHKL 算法相当。

看点将哈密顿量格点模拟的HHKL结果推广到几何局域Lindblad动力学,给出接近最优的深度界,并有严格的误差分析。

Rahul Trivedi, Xiehang Yu, Daniel Malz

arXiv physics.chem-ph · quant-ph

A partially linearized mapping approach to surface hopping (MASH-PLDM) for nonadiabatic dynamics and nonlinear spectroscopy

说明用于非绝热动力学与非线性光谱的部分线性化映射表面跃迁方法(MASH-PLDM)

简介本文提出一种部分线性化的映射表面跃迁方法(MASH-PLDM),用于模拟分子体系中的非绝热动力学。该方法基于部分线性化密度矩阵,使用两个自旋矢量,分别描述在单一绝热面上运动的电子布居和在平均面上运动的相干性。在多种散射问题和自旋-玻色子模型中,该方法比原始MASH结果更好,尤其是在相干性起重要作用的情形。它还可以处理多时间关联函数,并通过时间分辨泵浦-探测光谱的原理验证模拟展示了这一能力。

Jan Obermeier, Kasra Asnaashari, Jeremy O. Richardson

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph · cs.IT · math.IT

From Classical to Quantum Channels: Achieving Positive Covert Rates

说明从经典信道到量子信道:实现正隐蔽速率

简介本文研究在离散无记忆经典信道、经典-量子信道和量子信道上,隐蔽通信以正速率进行所需满足的条件。结果表明,输入字母表基数大于输出字母表时,某些类别的信道可实现正隐蔽速率;对于量子信道,若无害态为混合态,隐蔽性约束总可由非平凡输入系综满足。

看点证明了经典与量子信道中正隐蔽速率可达的条件,扩展了既有结论,并给出了新的可行性判据,证明较完整。

Hassan ZivariFard, Xiaodong Wang, and Alexei Ashikhmin

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

Near-Optimal Parallel Unitary Process Tomography in Diamond Distance

说明在钻石距离下接近最优的并行幺正过程层析

简介幺正过程层析是学习未知量子门如何作用于量子系统的方法,是实现可用量子计算机的基础步骤。此前已知顺序电路可在钻石距离(diamond distance)误差度量下达到最优查询复杂度,但并行电路能否达到同样的最优复杂度尚不清楚。本文提出一种明确的新型并行方法,证明并行电路也能达到接近最优的查询复杂度。这将并行与顺序电路之间的差距缩小到一个对数因子以内。

看点提出显式新颖的并行流程,证明在对角距离下接近最优查询复杂度,缩小并行与顺序电路的差距,理论证明扎实但应用影响偏理论。

Noam Scully, Sisi Zhou

★★★★★ 值得关注
arXiv quant-ph · cond-mat.dis-nn · cond-mat.stat-mech

Collectivity limits quantum entanglement

说明集体性限制量子纠缠:在强非局域相互作用下仍存在普适的纠缠上界

简介本文研究在长程幂律相互作用(强非局域)的一般能隙哈密顿量下,基态量子纠缠如何受限。作者证明,许多弱相互作用产生的涨落由其平方和而非总强度控制,即“集体性”机制。对任意二分,纠缠对数或亚广延标度;对具有余维一边界的规则二分,利用重整化群构造得到多对数或更强的子体积界。文中还给出了这些标度的最优性结果。

看点提出集体涨落而非空间局域限制纠缠的新机制,并给出严格证明与最优性结果,对长程相互作用体系的纠缠理论有显著推进。

Donghoon Kim, Tomotaka Kuwahara

arXiv quant-ph

Witness-based quantification of non-Markovianity without complete Choi state reconstruction

说明无需完整Choi态重建的见证式非马尔可夫性量化

简介该论文提出一种基于见证量的非马尔可夫性量化框架,无需完整重建中间动力学映射对应的Choi态。作者证明每个见证量都给出几何资源度量的可验证下界,并讨论正半定见证量可给出RHP度量的下界。针对振幅阻尼与一般Pauli动力学,最优正见证量可化为简单的Bell宇称投影算符,其值可由少量实验可测的关联测量直接得到。

Pritam Roy, Saheli Mukherjee, Bivas Mallick

arXiv quant-ph

From Projected Subspaces to Full-Space Implementations: Representation-Equivalence Audits for Open-Shell ADAPT-VQE

说明从投影子空间到全空间实现:开壳层 ADAPT-VQE 的表示等价性审计

简介论文研究在对称投影子空间中优化得到的变分态,不一定等同于对未投影的母生成元做指数演化所得的态。作者提出目标空间不变性条件 QAP=0 作为等价性审计标准,并以 Cu(II) 的 CAS(15e,9o) 哈密顿量为例,显示大量 Hartree–Fock 激发违反该条件。论文强调这是一套验证框架,而非新的自旋适配 ADAPT 算法。

Lucia Mal\'i\v{c}kov\'a, Petr Klenovsk\'y

arXiv quant-ph

Quantum Estimation under Decoherence in Neutrino Oscillations: Quantum Resources, Flavor Accessibility, and Multiparameter Incompatibility

说明中微子振荡中退相干条件下的量子估计:量子资源、味道可测性与多参数不相容性

简介该论文研究中微子振荡这一干涉体系中的开放系统动力学与参数估计,区分了传播基退相干和有效味模退相干两类统计模型。作者推导了双味态的纠缠度、形成纠缠与局域量子不确定性等量,并给出三味单能基准下的量子Fisher信息矩阵与味道Fisher信息的比较。文中结论仅为态层面的信息几何基准,并非事件级灵敏度预测。

Jilali Loulijat, Abdallah Slaoui, Mohamed Gouighri 等

arXiv quant-ph · cond-mat.stat-mech

Out-of-Time-Ordered Correlators Beyond Lindblad

说明超越Lindblad方程的时序错乱关联函数(OTOC)研究

简介该论文研究用于刻画量子混沌与信息扰乱的时序错乱关联函数(OTOC)。作者从一个与随机浴耦合的子系统微观模型出发,指出OTOC的动力学比标准Lindblad方法多出一项由不同复本间关联引起的贡献。利用这一扩展形式,可以更忠实地保留幺正动力学的长时间自由性并刻画信息扰乱。文章还展示了该形式如何通过用耗散边界替代部分系统,在数值上研究大型封闭系统中的算符扩展。

Elisa Vallini, Felix Fritzsch, Pieter W. Claeys

arXiv quant-ph

Independent density and coherence skin effects in adaptive fermion circuits

说明自适应费米子电路中密度与相干性的独立皮肤效应

简介本文研究利用测量及依测量结果反馈的自适应量子电路,在不做后选择的情况下实现非互易动力学。作者发现费米子电路中密度与相干性的皮肤效应可以独立调节:稳态密度倾斜只由测量强度和反馈位移决定,并给出指数型单粒子分布。相干性则在体相中由带条件的门通过相对占据相位控制的有效 Hatano-Nelson 生成元描述,调节该相位可实现点隙拓扑转变并反转相干性局域化方向。

Karim Chahine, Markus Siegl, Michael Buchhold

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph · math-ph · math.MP

Is rapid mixing stable?

说明快速混合是否稳定?——探讨局域扰动下开放量子系统快速弛豫性质的稳定性

简介许多开放量子系统的林德布拉德(Lindblad)动力学具有快速混合性质,即其弛豫到稳态的时间随系统规模呈多对数增长。本文质疑局域扰动不会显著延长混合时间这一直觉,给出反例表明快速混合一般不稳定,即使扰动不改变稳态;并证明任意弱的局域哈密顿扰动也可能破坏快速混合。文章同时给出若干保证稳定快速混合的充分条件,并指出在何种条件下改进的对数索伯列夫不等式(MLSI)能推出稳定性。

看点证明快速混合在一般情形下不稳定并给出反例,同时提出多类稳定充分条件,结论具有新意且证据较扎实,对子领域有影响。

Jordi A. Monta\~n\`a-L\'opez, Barbara Roos, Sebastian Stengele 等

arXiv quant-ph · cond-mat.stat-mech

Entanglement spectrum and magic in higher-dimensional free fermionic systems

说明高维自由费米子系统中的纠缠谱与魔法资源

简介本文研究高维自由费米子系统中的费米子非局域魔法,通过纠缠谱进行分析。对于条带几何中的平移不变高斯态,维度约化将问题映射到互不相关的低维动量扇区,在二维情形下得到类似Gioev-Klich-Widom标度的乘性对数偏离面积律。文中还证明第二Rényi费米子非局域魔法受纠缠容量限制,并引入探测纠缠哈密顿量低能结构的纠缠温度形变。应用于Kitaev模型的物质-Majorana sector时,该响应在Abelian相中指数衰减、在非Abelian相中为代数衰减;其与容量的比值趋近于普适常数。非平衡情形下,作者将准粒子描述推广至高维淬火,并表明随机高斯电路在二维空间中呈现扩散式扩展。

Beatrice Magni, Daniele Iannotti, Riccardo Travaglino

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph · cond-mat.quant-gas

Fast Hamiltonian engineering from cut polytope geometry

说明基于割多面体几何的快速哈密顿量工程方法

简介论文提出一套统一框架,用于在受限控制下利用原生纠缠系统哈密顿量模拟目标哈密顿量的量子动力学,适用于二体量子比特、量子数字和费米子系统。作者将时间最优的哈密顿量工程转化为复杂的 k 割多面体问题并证明其为 NP 完全问题,随后松弛为椭圆体并采用 Krivine 型取整生成控制脉冲,再用线性规划求解。结果表明,在伊辛模型、手性时钟模型和费米子 Harper-Hofstadter 模型上,该方法能获得接近最优的量子运行时间,并具有 O(√m) 的近似比。

看点将哈密顿量工程时间最优问题归约为k割多面体并证明NP完全,结合椭圆体松弛与Krivine舍入给出O(√m)近似比,理论贡献显著,并在多个模型上基准验证优于现有方法。

Thomas Joachim Friese, \"Ozg\"un Kum, Aram W. Harrow 等

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph · cond-mat.str-el

Digital Quantum Algorithms for Generating and Utilizing Spin Squeezed States

说明利用数字量子算法生成和使用自旋压缩态

简介该论文提出在数字量子计算机上高效生成和利用自旋压缩态(SSS)的算法。作者设计了一种自适应局部电路方案,可在深度 O(log(1/ξ)) 内制备压缩参数为 ξ 的自旋压缩态,并证明了该深度对置换对称态是最优的。模拟结果显示,在含噪声模型下使用 55 个超导量子比特(含辅助比特),可获得超过标准量子极限 4.2 dB 的计量增益。

看点提出自适应局部电路以对数深度制备自旋压缩态,相比非自适应方法呈指数改进,并证明了匹配的下界,理论与数值模拟结合较充分。

Mingru Yang, Ruby Wei, Chao Yin

arXiv quant-ph · hep-th

Out-of-time-order Correlators in Volcano potentials

说明火山势中的失时序关联子

简介本文讨论火山势(Volcano potentials)中的失时序关联子(OTOC)。该类势函数可在有界势阱与束缚势壁之间连续过渡,Pöschl-Teller 势是其特例。作者结合数值对角化与半经典分析,研究了包含正曲率与负曲率区域的多种参数情形。结果表明,OTOC 的短时指数增长不一定意味着全局量子混沌,而与激发态探测到负曲率区域有关。

Aritra Banerjee, Reetik Jangir, Rishant Sharma

arXiv quant-ph · math-ph · math.MP

Asymptotically Optimal Mixed-State Cloning

说明混合态克隆的渐近最优方案

简介本文研究对具有非简并满秩谱的一般混合态进行克隆时,全局保真度的渐近极限。在固定维度 d 下,输入 n 份、输出 m_n 份,且 m_n/n→γ>1。若谱已知,文中给出最优根保真度的公式;若谱未知,提出一种与谱无关的克隆器,并证明其在紧子集上具有极小化极大最优性。对平坦投影态 ρ=P/r,文中给出了相应的最优结果,并证明所提克隆器在 1<r<d 的情形下严格优于纯化-克隆-迹除方案(PCT)。

Jiani Fei, Jinzhao Wang

arXiv quant-ph · cond-mat.mes-hall · cond-mat.stat-mech

Characterizing quantum precision enhancement for multiple currents in open quantum systems

说明开放量子系统中多电流量子精度增强的表征

简介本文推导了多电流动力学不确定关系(MKUR),给出经典随机过程中多个电流在非平衡稳态下的精度下限。作者用一个具有相同平均电流的经典模拟器作为参照,据此识别出相关电流涨落低于经典极限的量子器件。文中以相干驱动的两能级系统和带有寄生环境耦合的三能级热机模型为例进行说明。

Khalak Mahadeviya, Sheikh Parvez Mandal, Mahasweta Pandit 等

★★★★★ 值得关注
arXiv quant-ph

Chern-number estimation: nearly optimal quantum algorithm and provable quantum speedup

说明陈数估计:近乎最优的量子算法与可证明的量子加速

简介该论文提出一种量子算法,用于估计二维参数环面上具有唯一能隙基态的光滑哈密顿量族的陈数(拓扑不变量),算法可处理相互作用的多体系统。其哈密顿量演化时间为 Õ(L_xL_y/Δ_min³),并证明了在陈数仅为零或一的最坏情况下,该复杂度与oracle下界匹配,在多对数因子内最优。论文还给出局部哈密顿量族下精确计算陈数属于 FBQP 且为 BQP 困难的结论。

看点提出近乎最优的陈数估计量子算法并证明匹配下界,同时给出BQP完全性结果,理论突破明显,对拓扑相量子计算有较大影响。

Soichiro Imamura, Shintaro Ae, Kazuki Sakamoto 等

arXiv cond-mat.mes-hall · hep-th · math-ph

Topological Band Theory for High-Dimensional Parameter Spaces

说明高维参数空间的拓扑能带理论:研究量子霍尔体系中绝热通量参数构成高维流形时的拓扑不变量。

简介本文研究量子霍尔体系的拓扑能带理论,其中外部规范势的绝热通量参数形成高维流形,适用于亏格大于 1 的黎曼曲面上的强关联物质,以及耦合到 p 形式规范势的紧致定向流形。与二维情形相比,参数空间上定义的拓扑不变量更加丰富,既包含第一陈类,也包含高阶曲率不变量,后者对应由物理电流算符关联函数构成的 Kubo 型公式中的拓扑保护贡献。作者以基于亏格二 Bolza 黎曼曲面的双曲能带理论为例进行说明,该情形近期已在合成维度平台上实现模拟。

Vivek Chakrabhavi, Walt Chavarria, Jonathan J. Heckman 等

★★★★☆ 值得关注
arXiv quant-ph

Deciding the Attainability of the Multiparameter Quantum Fisher Information is NP-Hard

说明判定多参数量子费舍尔信息能否达到是NP难问题

简介量子费舍尔信息给出同时估计多个参数时精度的基本界限,但单个副本测量的该界限是否可达,长期缺乏通用判据。本文证明,即使在受限的实值常秩量子模型中,判定精确可达性也是NP难问题,其证明基于判定双分体密度矩阵是否可分的NP难问题。因此,除非P=NP,一般情况下不存在可高效计算的充要判据。

看点将多参数量子Fisher信息可达性判定归约为可分性问题并证明NP难,回答了长期开放问题,证明完整,对子领域影响较大。

Lorcan O. Conlon, Laura Shou, V Vijendran 等

★★★★★ 值得关注
arXiv quant-ph · cond-mat.stat-mech · math-ph

One-dimensional quantum Gibbs states in constant circuit depth

说明一维量子吉布斯态的常数电路深度制备

简介本文证明,在任意常数温度下,任何自旋链的吉布斯态都可以精确分解为有界长度连续量子比特块上的乘积态混合。因此这类吉布斯态可由常数深度的局域幺正电路制备,且经典预处理高效。论文还给出热纠缠空间结构的常数上界,并对费米子体系得到类似分解。

看点证明任意一维自旋链的吉布斯态可精确分解为有界长度块上的乘积态混合,并给出常数深度制备与纠缠结构的强界限,理论突破明显。

Sa\'ul Pilatowsky-Cameo, Georgios Styliaris, Ainesh Bakshi 等

arXiv gr-qc · astro-ph.CO · astro-ph.IM

Low Frequency Gravitational Wave Detection with Gravito-Magnetism

说明利用引力磁效应探测低频引力波

简介本文提出一种新方法,利用引力波的相对论性质,在低频段(10纳赫兹至1微赫兹)区分引力波信号与小行星带产生的牛顿引力梯度噪声。作者提出测量试验体所受的洛伦兹型加速度(即引力磁分量),并认为对于低频引力波的预期天体来源,这种测量在计量上是可行的。文中还建议使用原子干涉仪作为惯性参考。

Reza Ebadi, Surjeet Rajendran