量子计算 · 2026年11月11日(周三)

arXiv 量子物理(quant-ph)。

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Nonperturbative string dynamics in a (2+1)D lattice gauge theory on a superconducting quantum processor

说明超导量子处理器上(2+1)维格点规范理论中的非微扰弦动力学:借助量子模拟研究二维空间中电通量弦的演化,涉及电荷运动、粒子对产生与横向形变。

简介该论文使用63个超导量子比特(含12个辅助比特)对一个(2+1)维Z2格点规范理论进行量子模拟,该理论包含动力学物质场和显式磁性平面相互作用,涵盖强约束与非微扰去约束两种区域。研究观测到去约束区域中电荷与通量的快速扩散、弦内部在粒子对产生共振附近的物质占据增强,以及强电场下扩散受到抑制。借助局域高斯定律约束进行误差检测,并采用辅助比特检查与噪声重标定,论文测量了包含最多15个二阶Trotter步的电路中的动力学,表明量子模拟是探索二维空间非微扰弦动力学的可行方法。

看点在超导量子处理器上以63个量子比特模拟(2+1)维格点规范理论的非微扰弦动力学,并利用高斯定律约束做误差检测,思路有新意。

Sanziana Stelea, Anthony Gandon, Francesco Tacchino 等

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Finite-Key Readiness and Authentication-Key Replenishment in QKD-Assisted UAV Edge Computing

说明量子密钥就绪与无人机边缘计算中的认证密钥补充研究

简介该论文研究在无人机边缘计算中,依赖有限密钥量子密钥分发(诱骗态BB84)获取新密钥所带来的时间与能耗代价。作者建立计数级蒙特卡洛模型并以半解析模型复现,分析密钥获取、受保护的上传、计算与下载过程。结果显示,在26 dB光学损耗下,使用新密钥会使两项任务的第95百分位完成时间从10.37秒增至28.65秒,悬停能耗也随之增加。

Dang H. Le, Ban Q. Tran, Susan Mengel

arXiv nucl-th · quant-ph

Structure of correlations for the single-j model using quantum information theory

说明利用量子信息论研究单-j模型中的关联结构

简介该论文研究单-j模型(一种具有阿贝尔和非阿贝尔对称性破缺的费米子核模型)中平均场基态的关联结构。作者发现两类对称性对平均场态中的关联有很不同的影响,使得“对称性破缺可以吸收最大关联”这一概念变得不明确。此外,对称性恢复会把原有的“虚假”关联从成对轨道重新分布到更复杂的子系统中。

Javier Faba, Vicente Mart\'in, Luis Robledo

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Quantum Thermal Transistor via Nonlinear Environmental Coupling

说明基于非线性环境耦合的量子热晶体管

简介该论文研究一个谐振子与发射端、收集端和基底三个热库耦合时的热放大现象。若系统与热库之间只允许单量子交换,则不存在热放大;引入弱非线性并在发射端允许双量子交换后,热放大得以出现。作者还提出了借助纵向耦合辅助二能级系统和热库谱滤波的实现方案。

Laiba Hayat, M. Tahir Naseem

arXiv quant-ph · cs.ET

The energetic cost of loading classical data in quantum computers

说明在量子计算机中加载经典数据的能量成本

简介本文把量子随机存取存储器(QRAM)的数据加载视为硬件过程,量化超导处理器上一次查询的动态能耗。作者结合多级制冷机的衰减分布、热光子和门误差,分析了线性深度多路复用器与抗噪声的桶式接力(bucket-brigade)架构。以12比特地址寄存器的代表性查询为例,文中给出查询保真度0.969、动态能量3.51×10⁻⁴ J、平均功率4.38 W、峰值功率64.4 W,并指出在固定目标保真度下,工作点和衰减分布可使平均功率相差两倍以上。

Joao F. Doriguello, Alessandro Luongo, Harshit Verma

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Multidimensional Quantum Block Turbo Codes

说明多维量子块涡轮码:把量子涡轮译码推广到多层乘积码

简介量子串行涡轮码和量子块涡轮码已把涡轮迭代译码引入量子编码领域。本文提出多维量子块涡轮码的理论,这是一种面向多层乘积码的涡轮译码技术。作者描述了其算法,并在去极化信道上模拟了三维情形下的性能。

Khaled Jebari, Luiz Anet Neto, Ramesh Pyndiah 等

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Simulating closed- and open-system dynamics of Tavis--Cummings lattices on fault-tolerant quantum computers

说明在容错量子计算机上模拟 Tavis–Cummings 格点的封闭与开放系统动力学

简介本文研究在容错量子计算机上模拟二维 Tavis–Cummings 格点(每个腔内含多个原子,光子与物质耦合)的实时动力学所需的逻辑资源。作者构建了光子跃迁与局部光-物质交换的电路,将光子数占用原地更新,省去辅助光子寄存器,在三个示例中相比双寄存器实现减少约 4.75%–8.11% 的 Toffoli 门。封闭系统采用广义量子信号处理,开放系统采用采样一阶膨胀法。

Soumya Sarkar, Rakshit Gharat, Nam Nguyen 等

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Implementing rapid reset of superconducting qubits with on-chip dissipation

说明在超导量子比特芯片上用片上耗散实现快速复位

简介该论文通过实验展示了一种可扩展的超导量子比特复位方法,在多个transmon量子比特上使用由谐振器与片上电阻负载耦合构成的专用耗散单元,同时实现复位和泄漏态移除。该结构在提供Purcell保护的同时,使量子比特与温度较高的外部电路隔离。文中报告的|g⟩-|e⟩跃迁复位时间常数中位数约为48纳秒,有效浴温为30毫开尔文。

Feiyu Li, Yang Liu, Zhen Yang 等

arXiv quant-ph · cs.SE

Operational limits of reference renewal for retained quantum-service results

说明保留的量子服务结果参考更新的运行限制

简介本文在预先设定的协议下,对已保留的物理量子服务结果进行参考更新(reference renewal)的复核。十二次转换各保留六个结果,其中十次完成更新,八次达到预设终点,五次仅凭保留结果即成功。作者指出,参考数据不完整、绑定失败和顺序等待等问题暴露了该方法的运行限制,且所用的精确单侧检验并不能证实恢复假设。

Roberto Fern\'andez-Barrios, Iker Pastor-L\'opez, Amaia Pikatza-Huerga 等

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Invariance can prevent overfitting and shortcut learning in Quantum Neural Networks

说明不变性如何防止量子神经网络过拟合与捷径学习

简介该论文研究在量子神经网络中引入旋转和镜像不变性(二面体群D4)的作用,在参数数量与结构相同的八比特模型之间进行对比。在包括MNIST及星系、红细胞两个科学数据集在内的四个二分类任务上,不变模型用少量图像训练即表现出更好的泛化能力。在带有类别相关角落水印的实验中,非不变模型会学习水印并在水印位置改变后准确率降至接近随机水平,而不变模型不受影响。论文还表明,在更接近实际的噪声模型下,不变模型的精度优势依然存在。

Giuseppe D'Ambruoso, Giovanni Gramegna, Domenico Pomarico 等

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High-Speed Control of a Fluxonium Qubit via Picosecond Pulses from Josephson Digital Circuits

说明用约瑟夫森数字电路的皮秒脉冲高速控制通量子比特(fluxonium)

简介该论文提出了一种基于约瑟夫森数字电路产生的皮秒单磁通量子(SFQ)脉冲控制通量子比特的方法。针对原本为transmon设计的SFQ方案在低频通量子比特上效率低下的问题,作者提出了两种互补的协议:一种通过磁通通道施加高频SFQ脉冲包,另一种结合相位错开的磁通与电荷脉冲序列以缩短门时间。多能级仿真显示单比特门保真度可超过99.99%。

M. V. Bastrakova, D. S. Pashin, V. A. Vozhakov 等

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arXiv quant-ph · cond-mat.mes-hall

Dynamical Casimir emission from Floquet-driven Landau polaritons: Gauge invariance forbids a superradiant phase transition

说明Floquet驱动朗道极化激元中的动态卡西米尔辐射:规范不变性排除超辐射相变

简介本文研究二维电子气在太赫兹腔中形成的朗道极化激元在周期性驱动下的行为。作者指出,磁场调制不会产生超辐射相变,规范不变性排除了这一可能;磁场调制主要产生动态卡西米尔辐射,即法拉第驱动产生的极化激元-磁等离激元对,并可产生双色光子对,双模压缩可达5至10分贝。

看点作者指出磁场调制诱发的Floquet超辐射相变源于不当平均,依据规范不变性给出证明,并预测动态Casimir辐射与双色光子对,摘要报告压缩约5–10 dB。

S. Hughes

arXiv math.OC · physics.chem-ph · quant-ph

A New Computational Model for the Spin-Free Sum-of-Squares Energy Bounds of Electronic Hamiltonian

说明一种用于电子哈密顿量无自旋平方和能量下界的新计算模型

简介本文针对电子哈密顿量的无自旋平方和(SOS)能量下界优化问题,将原有的半定规划转化为单个对称矩阵上的凸二次问题,并给出了两种形式解之间的精确对应关系。作者利用GPU加速的库仑收缩计算二次作用,并采用缓存实现的全校正Frank–Wolfe方法(称为降维单纯形方法)求解。在多个分子和氢环算例上,该方法处理了多达10,080个空间轨道的体系。

Yuming Bao, Yancheng Wu, Dongdong Ge 等

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Error Resilience and Unitary 2-Designs

说明纠错弹性与酉2-设计:研究量子信息在编码-误差-解码电路中如何受到保护,以及编码器偏离酉2-设计时保护效果如何变化的论文。

简介该论文研究编码-误差-解码电路中量子信息的保护机制,这类电路在误差强度低于某一阈值时,恢复态的保真度接近1。作者指出,编码器偏离Haar二阶矩统计会破坏这一保护相位,并推导出恢复保真度与第二酉框架势之间的通用不等式。文中以掺杂少量非高斯门的匹配门电路为例,并讨论了哈密顿编码器,结果表明恢复保真度可作为偏离酉2-设计行为的诊断指标。

看点提出恢复保真度与酉2-设计偏离之间的普适不等式,并以掺杂非高斯门的匹配门电路验证,理论联系新颖。

Zheng-Hang Sun, Fabian Ballar Trigueros, Xhek Turkeshi 等

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Electrical Stark Tuning and In Situ Field Sensing of V₂ Silicon Vacancies in a 4H-SiC a-Plane Lateral pin-Diode

说明a面4H-SiC横向pin二极管中V2硅空位的电场调谐与原位场传感

简介研究在a面4H-SiC晶圆上,用可扩展的CMOS工艺制作横向pin二极管,并在其本征区中实现了V2硅空位色心的电学控制与光学寻址。这些色心可在低温下通过斯塔克效应原位测量局部电场,并与TCAD仿真比较。研究还通过反向偏压斯塔克效应精确调谐单个发射体的零声子线,使其光谱稳定性在四小时以上。

Jannik H. Schwarberg (1), Fedor D. Hrunski (2), Maximilian Hollendonner (2) 等

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Reading long-range information from a separable quantum record requires entangled measurements

说明从可分离量子记录中读取长程信息需要纠缠测量

简介论文研究用量子比特探针记录相邻伊辛自旋的相对取向,每个探针以重叠为1-p的两种状态编码一个键标签,得到完全可分离的记录。作者证明,在方形晶格上,使用可分离测量时,判断远距离两自旋是否同向的成功概率随距离增大趋近1/2;而对同一记录进行联合读出,当p≥0.29181时,成功概率可保持在1/2以上且与距离无关。

看点新意在于证明可分离量子记录中的长程信息只能由纠缠测量读出,并给出明确的p区间分离;摘要报告了两种读出在方形格上的渐近成功概率。

Qingtian Miao

arXiv cond-mat.mes-hall · quant-ph

Edge quantum weight of finite Chern flakes and its topological floor

说明有限陈绝缘体薄片的边缘量子权重及其拓扑下限

简介该论文研究有限陈绝缘体薄片的边缘对电路零点能所对应的量子权重的贡献,即与极化涨落相关的量。作者证明边缘低频跃迁的偶极权重每单位面积至少为|C|,并讨论了电路慢于或快于边缘模式时所测得的量子权重差异。自由费米子格点计算支持了该下限及其对电路频率的依赖关系。

Rohit Narula

arXiv quant-ph · physics.chem-ph

Classical phase unwrapping enables large-time-step unitary quantum Krylov subspace diagonalization

说明经典相位解卷绕使大时间步长的酉量子Krylov子空间对角化成为可能

简介该论文针对早期容错量子硬件上的分子能量计算,改进了酉量子Krylov子空间对角化方法。作者发现时间步长较小时Krylov向量近似线性相关,矩阵病态,而较大时间步长虽改善条件数,却使能量只能模2π/τ确定。为此提出经典后处理方法CURE-QKSD,利用一至两次运行的相位一致性恢复缺失的2π/τ整数倍,无需改动电路。在六个分子(12至20个量子比特)的无噪声测试中,28个目标能量均被正确恢复;在高斯噪声下,较大的混叠时间步长配合较小的Krylov维度即可达到化学精度。

Tushar Kumar Jain, Rahul Maitra, Nicholas J. Mayhall

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

Disorder-Induced Logarithmic Spreading and Localization of Quantum Fluctuations

说明无序导致量子涨落的对数扩散与局域化

简介该论文研究弱相互作用无序玻色子体系中量子涨落超出平均场动力学的传播过程,比较了Bose-Hubbard模型与Gross-Pitaevskii方程。结果显示,在无序体系中,随机与准周期无序下量子涨落在中间时间呈对数扩散,之后趋于饱和,而无无序体系中为弹道扩散。扩散速率随无序强度增大按幂律下降,该行为在不同粒子数及二维情形中均存在。

Ang Yang, Jingxuan Zhang, Lei Ying

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Low-energy spectral-window truncation for compact U(1) lattice gauge theory

说明紧凑U(1)格点规范理论的低能谱窗口截断

简介本文针对纯紧凑U(1)格点哈密顿量在真空相对低能窗口内,证明了一个与格点规模无关的电通量截断误差界。在θ=0、三维周期立方格点的规范不变零整体通量sector中,该误差估计对窗口内所有归一化向量成立。文章还给出了解析的有限体积强耦合例子,并讨论了由此得到的精度相关截断与局部读出误差界。

Yi Liang

arXiv quant-ph · cs.ET · cs.GT

Quantum-Assisted Counterfactual Regret Minimization for Bounded-Payoff Imperfect-Information Games

说明量子辅助的反事实遗憾最小化:面向有界收益不完全信息博弈的均衡计算方法

简介本文针对收益有界的不完全信息博弈,提出一种量子辅助的反事实遗憾最小化框架。该框架利用量子振幅估计降低遗憾更新的计算复杂度,同时保持与经典方法相同的收敛性。文章对由此得到的可利用度上界进行了理论分析,并讨论了适用于NISQ设备的振幅估计变体及其资源需求。

Gabriel Maresch, Erik Schulze, Jnan Yalla

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Quantum-Informed Graph Decomposition

说明量子信息引导的图分解:用量子近似优化算法精简图以求解最大割问题

简介论文提出一种名为量子增强图分解(QEGD)的启发式方法,用量子近似优化算法(QAOA)作为子程序,通过局部顶点合并稀疏化图。该方法用于稀疏化最大割问题后再以QAOA求解,在随机5正则和6正则图上的近似比均高于图分解优化算法(GDOA)。与其他QAOA变体相比,在Erdős-Rényi图上的平均近似比普遍更高,平均耗时约为DC-QAOA的0.4%至5%。

Matthew Brunet, Leah Prepchuk, Rebekah Herrman

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Quantum-Enhanced QSAR for DYRK1A: Evaluating Complementary and Utility QPU-Derived Molecular Representations

说明量子增强QSAR用于DYRK1A:比较两种分子表示的互补性与实用性

简介论文针对DYRK1A激酶,用同一RBF-SVM分别基于传统分子描述符表格和量子处理器测得的向量进行预测。两种模型推荐进入实验评估的化合物集合不同,各自纳入的部分活性化合物也不同。作者报告了这些差异,但未主张形式上的量子优势,也未解释两种向量分离方式不同的机制。

Alejandro Giraldo, Daniel Ruiz, Mariano Caruso 等

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Quantum Advantage in Assisted Work Distillation from Complementary Correlations

说明互补关联在辅助功提取中的量子优势:一篇连接微观热力学与量子非经典关联的论文

简介本文在热操作资源理论框架下,研究辅助功提取问题,并把互补基(互不偏基)上测得的关联视为可用于局域做功的能量资源。作者据此提出一类基于功的爱因斯坦-波多尔斯基-罗森导引不等式,其被违背可证明单边设备无关的量子热力学增强。文中还在单边半设备无关框架下限制不可信方的维度,引入动态缩放的功不等式,用于见证超不可导引性。

Chellasamy Jebarathinam, Debarshi Das, Ray-Kuang Lee