量子计算 · 2026年11月10日(周二)

arXiv 量子物理(quant-ph)。

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Dephasing-Induced Melting of Crystalline Spectral Form Factors

说明退相位导致晶体状谱形因子的熔化:研究开放量子系统中能量退相位如何削弱谱的长程有序,并探讨如何加以控制

简介论文研究了开放量子系统中的能量退相位如何影响谱的长程有序。谱形因子中近晶体状能谱的有序表现为海森堡时间整数倍处的尖锐布拉格峰。作者发现,在广泛的中间区域内,布拉格峰随revival阶数和退相位强度呈幂律衰减。尽管退相干速率极高,这些峰仍能持续到最近邻相干性的寿命。

Preethi Gopalakrishnan, Adolfo del Campo

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Chiral waveguide model for error-correctable quantum computation

说明用于可纠错量子计算的手性波导模型

简介本文建立了从微观波导散射到量子纠错与算法性能的第一性原理框架。研究者对与手性波导中二能级原子系综相互作用的偏振编码单光子,通过对频率自由度求迹,推导出有效偏振量子信道,并将其作为旋转平面码的物理噪声模型,观察到随原子数和耦合强度变化的阈值行为。论文指出,噪声偏向X错误,并将由此产生的逻辑错误纳入量子相位估计,结果表明采用Hadamard基实现可降低对主要错误的敏感性,从而改善算法性能。

Zixiang Hong

★★★★☆ 值得关注
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The simulability frontiers of photonic quantum computing

说明光量子计算的可模拟性前沿:用经典计算机精确采样光子输出分布的临界规模

简介该论文提出以经典计算机精确生成一个样本所需时间作为统一度量,比较不同光子器件何时超出经典模拟能力,并定义每秒产生一个样本的器件规模为“可模拟性前沿”。作者基于开源GPU库photonic-engines实现了单光子、纠缠光子、真空-单光子叠加态和压缩光的精确采样器。在单块NVIDIA H100 GPU上,单光子的前沿为38.3个光子,纠缠光子为31.0个,压缩光为41.5个。

看点提出以单样本精确采样时间作为统一尺度衡量光子模拟边界,并给出多种光源的前沿数值,对比有价值。

Jean Senellart, Benjamin Stott, Stephen Wein 等

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The hidden symmetry operators of the asymmetric quantum Rabi model and its two-photon and two-mode variants in closed form

说明非对称量子Rabi模型及其双光子、双模变体的隐藏对称算符闭式解

简介该论文研究非对称量子Rabi模型,即一个带分裂与偏置的两能级系统与玻色子模式耦合的模型。当偏置为模式频率的整数倍N时出现能级交叉,原因是存在隐藏对称算符J。论文给出了每个N的J的闭式表达,其由对称模型的宇称乘以N个一阶算符构成的连分式(三对角行列式)得到。同一结构也适用于非对称双光子和双模模型,并讨论了J系数的递推关系。

Marcus Kollar, Arka Dutta

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Enhancing valley splitting in Si/SiGe Wiggle Well quantum dots through integrated stressor-gate architectures

说明通过集成应力源-栅极结构增强 Si/SiGe Wiggle Well 量子点中的谷分裂

简介该论文提出用图形化的应力薄膜在 Si/SiGe 量子点器件的量子阱中产生剪切应变,以获得确定性的谷分裂。有限元模拟显示,压应力 TiN 薄膜可在量子阱处产生超过 0.1% 的剪切应变,足以在应变辅助 Wiggle Well 中获得数百微电子伏的谷分裂。该应变可延伸至多个量子点,并保持在实际栅极几何结构中,为将确定性谷分裂扩展到量子点阵列提供了与制造工艺兼容的方法。

E. S. Joseph, Talise Oh, D. E. Savage 等

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GARI++: A General-Purpose Decoder for Quantum Error Correction

说明GARI++:一种通用量子纠错解码器

简介本文提出 GARI++,这是一种两阶段解码流程,在表面码、双变量自行车码和颜色码上取得了与当前最优方法相当的精度,且不依赖集成方法。第一阶段使用 GARI 解码器,第二阶段仅处理第一阶段未收敛的情况,并可根据所选量子纠错码进行配置。

Arshpreet Singh Maan, Francisco Garcia-Herrero, Daniel Bascones 等

★★★★★ 值得关注
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A short proof of the Aaronson-Ambainis Conjecture via the completion framework

说明基于补全框架的 Aaronson-Ambainis 猜想简短证明

简介本文给出 Aaronson-Ambainis 猜想的一个简短证明。该猜想涉及在 n 位字符串的 δ 比例定义域上的部分布尔函数的量子查询复杂度与确定性算法的查询数量之间的关系。作者利用补全框架,并基于经典对手度量建立了更一般的界。

看点用补全框架给出Aaronson-Ambainis猜想的简短证明,建立了经典对抗者度量的一般界,并推导出更强的有界多项式影响猜想。

Thomas Huffstutler, David Miloschewsky, Supartha Podder

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Quantum Simulation of Quantum Channels and Applications

说明量子信道的量子模拟及其应用

简介本文回顾了量子信道的基本理论,提出在数字量子计算机上模拟量子信道的方法,统一处理混合态制备、正算符值测度(POVM)测量以及马尔可夫量子系统演化的模拟。作者引入「剩余算符」,从系统的Liouvillian构造一个作为量子动力学半群一阶近似的量子信道,使动力学模拟类似常微分方程的欧拉法,从而避免Trotter化。文中的模拟使用Qiskit的AerSimulator完成,代码已公开在GitHub上。

L\'{u}cio S. Fassarella

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Universal semiclassical drift velocity of magnetic edge channels

说明磁边缘通道的普适半经典漂移速度

简介二维电子气在磁场中边缘会形成受拓扑保护、沿边缘单向传播的磁边缘通道。论文用电子跳跃轨道的半经典量子化方法研究其漂移速度,结果显示在大量通道穿过费米能级的极限下,漂移速度等于电子费米速度的一半。该结论对硬边界和各向同性色散成立,并以数值计算在有质量电子和石墨烯无质量电子上得到验证;平滑的静电定义边缘则不具有这种普适性。

Ekaterina R. Sleptsova, Alexey A. Sokolik

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Self-Energy Construction for Chain Representations of Open Quantum Systems

说明开放量子系统链式表示中的自能构造

简介本文将自能理解为环境对系统的响应,并研究其在系统与环境切分位置平移时的协变变换。对于参数渐近一致的半无限链,该变换存在不动点,由此定义渐近边界自能,其谱密度为维格纳半圆。文章还引入伪双曲自能距离,该距离在切分位置平移下保持不变,并用于衡量有限阻尼振子闭合的误差,优于拟合时域关联函数的方法。

Pengju Chen, Da-Wei Luo, Ting Yu

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Unified architecture for arbitrary two-qubit gates with neutral atoms

说明中性原子平台上任意双量子比特门的统一架构

简介本文提出一种适用于中性原子量子处理器的统一架构,可实现完整的双量子比特门集。其核心是一种可调各向异性的XXZ相互作用,并结合单量子比特操作。作者利用里德堡原子实现了该可调XXZ相互作用,并配合最优控制的全局微波脉冲,实现了B门、QFT、iSWAP和√iSWAP门,以及一个经由B门从CZ连续过渡到iSWAP的门族。

Nader Mostaan, Peter Schmelcher, Rick Mukherjee

★★★★☆ 值得关注
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An efficient classical algorithm for OTOCs in chaotic quantum dynamics

说明混沌量子动力学中OTOC估计的高效经典算法

简介本文提出并实现了一种多项式时间的经典算法,用于估计一维随机量子线路典型实例中的四点OTOC(1)和八点OTOC(2)。算法利用量子混沌带来的退相干效应,将OTOC整理为快速收敛的级数,并在电路深度较大时取得比谷歌近期二维实验更高的信噪比。

看点提出多项式时间经典算法估计一维随机电路的OTOC,利用混沌引起的退相位抑制次级项;摘要报告在一维电路上的数值结果并与谷歌二维实验对比。

Yunchao Liu, Yihui Quek, Shreya Vardhan 等

★★★★☆ 值得关注
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Succinct Infinite-Horizon Lyapunov and LQR Value Problems Are BQP-Complete

说明简洁表示的无限时域李雅普诺夫与LQR值问题是BQP完全的

简介该论文研究线性系统中两类基本计算问题:评估自治系统的无限时域输出能量(由李雅普诺夫方程刻画)以及受控系统的最优值函数(由代数黎卡提方程刻画)。系统矩阵以布尔电路稀疏、简洁地表示,输入长度与系统维数的对数呈多项式关系。作者证明简洁李雅普诺夫值问题(SLV)是BQP困难的,并给出求解更一般的简洁LQR值问题(SLQRV)的量子算法,因此两者均为BQP完全问题。

看点首次将无限时域Lyapunov与LQR值问题的稀疏succinct版本归约为BQP完全,给出量子算法与硬度结合的完整刻画,理论意义较强。

Mohamed Serry, Jun Liu

★★★★☆ 值得关注
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Sequential vs parallel Strategies for Sharing Quantum Advantage in Communication Tasks

说明量子优势在通信任务中的顺序共享与并行共享策略比较

简介本文研究两种可行的量子系统信息共享方式:并行共享与顺序共享,考察多名观察者能否从同一量子系统中提取编码的信息。研究表明,两名观察者时,并行策略产生的统计结果都能用顺序策略复现;超过两名观察者时则不然。文中还指出,在涉及两个解码测量的一类通信任务中,量子优势无法通过并行策略共享,并讨论了三比特随机存取码及其平行奇偶无关变体的相关结果。

看点证明两观测者场景下并行与顺序共享统计等价,多观测者下存在差异,并给出任意大的优势差距,结论有新意。

Satyaki Manna, Arindam Mitra, Sumit Mukherjee

★★★★☆ 值得关注
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mathsfEQPsubseteqmathsfIP Does Not Relativize

说明EQP 包含于 IP 在相对化下不成立

简介本文构造了一个递归可计算的预言机 O 和一个一元语言 L,使 L 属于 EQP^O,但不属于 IP^O 或 PH^O。这一结果把 Bouland 等人关于 BQP 与 IP 的预言机分离推广到精确量子计算。分离基于 Forrelation 问题的一个变体,要求一个布尔函数与另一个函数傅里叶变换的归一化相关性恰好为 +1/2 或 -1/2。一个多项式时间的均匀量子算法只需三次预言机查询即可确定地区分两种情形。

看点将BQP与IP的振幅预言分离推广到精确量子计算EQP,提出保证精确相关性的Forrelation变体及修复方法,摘要报告了三次查询的精确算法。

Sinan Oral, Supartha Podder

★★★★☆ 值得关注
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Quantum Robustness via Sandwiched Rényi Divergences

说明基于夹心Rényi散度的量子稳健性分析

简介论文研究:若只能近似得知一个量子态,可观测量的期望最多会变化多少。作者以参考态的夹心Rényi散度为预算,对所有阶数α∈[1/2,∞]给出最坏情况下的期望值。通过凸对偶,该值可表示为一个一维优化问题,并证明量子问题与可观测量谱区间上某一概率测度下的经典问题相同,从而可以应用经典概率中的Hoeffding、Bernstein和Markov–Krein界。

看点将夹心Rényi散度下的量子最坏期望归结为经典问题,给出一族经典概率界在量子情形的适用,并指出方差随非对易性降低;理论证明为作者所述。

Luc Rey-Bellet

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Spin Shuttling Through Quantum-Dot Based Chiral Molecular Bridges: Gauge Constraints, Holonomy, and Quantum Gates

说明通过量子点手性分子桥的自旋穿梭:规范约束、完整性与量子门

简介该论文研究硅量子点之间的手性分子桥如何借助手性诱导自旋选择性效应,为两比特纠缠提供资源。作者通过Makhlin不变量进行评估,证明单个手性键在局部等价意义上等同于各向同性交换,因此本身不构成新的纠缠类别。打破该规范对称性后,手性交换可产生合成梯度,并讨论了非阿贝尔SU(2)完整性及几何门等内容。

Amitoj S. Miglani (1), Rajdeep R. Dwivedi (2), Balsant S. Tiwari (3) 等

★★★★☆ 值得关注
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No Exponential Quantum Advantage for Decoded Quantum Interferometry with Local Quantum Decoders

说明局部量子解码器下的解码量子干涉测量不存在指数量子优势

简介本文研究解码量子干涉测量(DQI)在随机 D 正则 k 稀疏实例上的表现,这类问题可用于优化稀疏线性约束并从吉布斯测度中采样。作者借助统计物理中的相变概念,证明局部解码器在树重构阈值以上无法高概率恢复码字,而基于量子消息的置信传播解码器可达到该阈值。对于最优解码器,其成功与否恰好以凝聚阈值为界,据此认为局部解码的 DQI 在采样和近似优化中不会带来指数加速。

看点将DQI解码阈值与统计物理中的树重构和凝聚相变联系起来,证明局部解码器的信息论障碍及最优解码器的紧上界,并指出可能的量子优势路径。

Brandon Augustino, Shouvanik Chakrabarti, Enrico Fontana 等

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Polynomial-Space Quantum Algorithms from Classical Branching: Colouring, Domination and Monotone Local Search

说明从经典分支算法得到的多项式空间量子算法:着色、支配与单调局部搜索

简介论文给出一类量子算法,用于解决顶点数或元素数为 n 的指数时间问题,要求有界错误、多项式空间,且不使用量子随机存取存储器。主要结果包括 4-着色、k-着色、支配集相关问题、基于单调局部搜索的一般框架,以及若干近似算法,并给出各自的指数时间上界。

Sebastian Senge

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One-Particle Resonances and Eigenstate Thermalization in Periodic Free-Fermion Lattices

说明周期性自由费米子格点中的单粒子共振与本征态热化

简介本文研究周期性立方格点上最近邻自由费米子模型中粒子数的本征态涨落。作者证明,对任意固定维数、粒子数、子体积和归一化能量本征态,粒子数方差的上界阶为 NL^{d-1},相应的本征态热化估计阶为 L^{d-1}/(Nη²)。在正粒子密度下,该界随线性尺寸的倒数衰减。证明利用 Mann 关于单位根关系的定理控制非零转移部分,并用 Hilbert-Schmidt 方法估计零转移部分,结论在各维度下均为最优。

Tristan Benoist, Vojkan Jak\v{s}i\'c, Claude-Alain Pillet 等

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Quantum Residual Exploration for Selected Configuration Interaction

说明选定组态相互作用的量子残差探索

简介本文提出一种模块化的量子-经典混合方法,在最终行列式数量固定的条件下改进选定组态相互作用方法。量子测量提供互补的行列式,只有在统一能量准则下优于经典候选时才被采纳,目标是强关联体系中可能被微扰筛选遗漏的多步激发。研究在Quantinuum Reimei离子阱量子计算机上演示:对拉伸构型的H12,量子测量得到的候选行列式在相同行列式预算下,使变分能量低于仅用经典方法选择的结果。

Kentaro Yamamoto, Ikko Hamamura, Juan W. Pedersen 等

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Higher tensor network states in two spatial dimensions: fundamental theorem for open boundary conditions

说明二维空间中的高阶张量网络态:开放边界条件下的基本定理

简介论文将矩阵乘积态范畴化,构造了二维张量网络态,其键空间由格点二维胞元对应的2-向量空间给出。张量网络表示被定义为自由幺半范畴上的模范畴。作者证明:在合适的开放边界条件下,生成相同态的两种表示是等价的模范畴,并提出了2-单射性这一范畴化的单射条件。

Clement Delcamp, Boris Kj{\ae}r

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Neutronic Field-Effect Transistor

说明中子场效应晶体管:用中子波的干涉和自旋来控制输出的器件

简介本文提出一种中子场效应晶体管(NFET),其原理类似于 Datta-Das 电子自旋晶体管和原子电子器件。该器件基于完美晶体马赫-曾德尔中子干涉仪,通过对自旋自由度和路径自由度施加相移来实现调控。

Dusan Sarenac, Charles W. Clark, Owen Lailey 等

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Effective Time Advance of Quantum Clocks under Postselection

说明后选择条件下量子时钟的有效时间超前

简介这篇论文研究量子后选择如何使量子时钟呈现出时间超前的效果,与普通相对论时间膨胀的结论相反。作者用一个可解析求解的量子时钟模型,对质心运动进行后选择,通过反常弱值产生有效的时间超前。论文还将分析扩展到弱引力场,并用类氢原子说明该效应在原子波函数中的表现。

Youka Kaku, Akira Matsumura, and Tomohiro Fujita

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Reducing Provers in Distributed Quantum Verification

说明减少分布式量子验证中的证明者数量

简介本文研究分布式量子 Merlin-Arthur(dQMA)模型,即由一组量子计算节点借助不可信证明者提供的量子证明来验证全局性质。作者在节点之间证明不纠缠的设定下,将模型推广为使用 k 个不纠缠证明者的 dQMAS(k),并探讨减少证明者数量时每个节点的证明规模与通信开销。

Alex Della Schiava, Atsuya Hasegawa, Fran\c{c}ois Le Gall 等

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Long-Range Ergotropy Transfer with Weakened Boundary-Coupling Spin Chains

说明弱化边界耦合自旋链实现长距离做功能(ergotropy)传输

简介本文研究量子电池的可提取能量(ergotropy)如何跨距离传输。作者以两端耦合减弱的自旋链作为中介,利用边界处形成的局域边缘态,在给定时间内实现高保真传输。研究还比较了最近邻与长程相互作用两种模型,结果显示弱化边界耦合可提高长自旋链的最大传输量。

R. C. Krisnanda, M. S. Ukhtary, Abdurrouf

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All-to-all connectivity via adiabatic ZZ interactions in a superconducting flux qubit processor

说明通过绝热ZZ相互作用实现超导磁通量子比特处理器的全连接

简介该论文提出一种基带驱动的绝热ZZ门方案,可在通过公共腔耦合的磁通量子比特寄存器中纠缠任意选定的一对比特,无需可调耦合器。比特保持在磁通甜点偏置,经由局部磁通线施加的低频强驱动使量子化轴绝热倾斜,从而产生等效纵向ZZ相互作用。仿真显示相干门误差低于10^-4,且对频率涨落具有鲁棒性。

Elena Lupo, Nguyen H. Le, Eran Ginossar 等

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The finite projective classification of complex spinors via momentum maps

说明基于动量映射的复旋量有限射影分类

简介本文从动量映射的角度描述复旋量的射影轨道,处理奇数维(1、3、5、7、9、11)的不可约自旋模和偶数维(2、4、6、8、10、12、14)的半旋模,这些是仅有有限多个轨道的情形。作者在Clifford–Fock模型中构造代表元,并利用动量映射平方范数的临界点来区分轨道,通过Vinberg的分次李代数理论保证分类完备,共得到奇数情形1、1、1、2、3、5个轨道和偶数情形1、1、1、2、2、4、9个轨道,并在十四维情形下确定了轨道的闭包次序。

Bart{\l}omiej Sikorski, Adam Sawicki

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Topological states in fractals through a self-similar tensor network encoding

说明通过自相似张量网络编码实现分形中的拓扑态

简介本文提出一种利用张量网络表示谢尔宾斯基三角形等自相似分形晶格哈密顿量的编码方法,可精确且紧凑地表示此类格点上的哈密顿量。作者借此研究限制在该分形几何中的陈绝缘体(通量kagome模型),并在张量网络框架下考察其拓扑态。该方法使计算能够达到远高于稠密矩阵方法的分形代数,并分辨了一个包含超过一亿个格点的深层分形的态密度。

Zebedeus F. Osseweijer, Jagoda Malag, Jose L. Lado 等

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Singularising quantum channels preserving kappa-additivity

说明将量子信道奇异化并保持κ可加性

简介作者用关于可测阿贝尔群的κ可加概率测度,对酉平移共轭进行平均,构造出量子信道。这些信道作用于由平移与有界可测乘法算子生成的算子代数的对偶空间上。它们保持量子态的κ可加性,并在该类态上给出弱-*积分表示。若平均测度在单点上取零,则每个输出态都是奇异的。附录还建立了κ可加测度的相应Fubini定理。

Sviatoslav V. Dzhenzher