XiaoMi-AI文件搜索系统
World File Search System混合态
通过量子信道相干控制进行通信
完全去极化的量子通道始终输出完全混合态，因此无法传输任何信息。然而，在最近的一封信 [D. Ebler et al. , Phys. Rev. Lett. 120, 120502 (2018) ] 中，却表明如果量子态通过两个具有不同阶量子叠加的通道（这种装置称为“量子开关”），则信息仍然可以通过这些通道传输。在这里，我们表明，当人们相干地控制通过两个相同的去极化通道之一发送目标系统时，可以获得类似的效果。虽然人们很容易将量子开关中的这种效应归因于通道之间不确定的因果顺序，但因果不确定性在这种新场景中不起作用。这引发了人们对其在量子开关相应效应中的作用的质疑。我们详细研究了这一新场景，发现当量子信道被相干控制时，有关其具体实现的信息可以在联合控制目标系统的输出状态中访问。这允许区分通常被认为是同一信道的两种不同实现。更一般地，我们发现，要完整描述相干控制量子信道的作用，不仅需要指定信道的描述（例如，以 Kraus 算子的形式），还需要根据其实现指定一个额外的“变换矩阵”。
合作量子信息擦除
在预定的纯态下制备大量量子比特对于实现强大的量子计算机至关重要 [9, 10, 12, 23]。这导致了许多“算法冷却”技术的提出和实现，其中纠缠单元对最初处于混合态的许多量子比特进行操作，导致其中的一个子集被纯化 [3, 13, 19, 26, 27]。鉴于人们越来越担心现代社会中大规模计算所产生的能量足迹，以及量子计算机可能减轻这一问题的可能性 [2]，目前越来越明显的是，设计并实践证明多量子比特重置协议不仅有效，而且快速且节能，这一点至关重要。根据 Landauer 原理 [18]，将单个比特从随机状态重置为预定状态（即所谓的擦除一个比特的信息）至少需要 kT ln2 的工作量，其中 T 是寄存器周围环境的温度。近年来已经确定，将单个量子比特从完全混合状态重置为预定的纯状态也有同样的界限 [11, 22]。正如对经典寄存器进行的一系列实验所证明的那样 [5-8, 15, 16, 24, 25]，Lan-
走向弯曲时空中量子场论的幺正表述：以德西特时空为例
摘要：在我们问什么是量子引力理论之前，我们有一个合理的追求，即在弯曲时空中制定一个稳健的量子场论 (QFTCS)。几十年来，一些概念问题，尤其是幺正性损失（纯态演变为混合态），引起了人们的关注。在本文中，我们承认时间是量子理论中的一个参数，这与它在广义相对论 (GR) 背景下的地位不同，我们从“量子优先方法”入手，提出了一种基于离散时空变换的 QFTCS 新公式，这提供了一种实现幺正性的方法。我们基于离散时空变换和几何超选择规则，用直接和 Fock 空间结构重写了 Minkowski 时空中的 QFTCS。将此框架应用于德西特 (dS) 时空中的 QFTCS，我们阐明了这种量化方法如何符合幺正性和观察者互补原理。然后，我们评论了对德西特时空中状态散射的理解。此外，我们简要讨论了 QFTCS 方法对未来量子引力研究的影响。
热力学理想量子态输入至任意设备
我们研究并确定任何有限时间物理过程的理想输入。我们证明熵流、热量和功的期望值都可以通过初始状态的 Hermitian 可观测量来确定。这些 Hermitian 算子概括了行为的广度和常见热力学目标的理想输入。我们展示了如何通过测量有限数量、实际上任意输入的热力学输出来构造这些 Hermitian 算子。因此，少量测试输入的行为决定了所有输入的全部热力学行为范围。对于任何过程，熵流、热量和功都可以通过纯输入态（各自算子的本征态）来极化。相反，最小化熵产生或最大化自由能变化的输入状态是从算子获得的非纯混合态，它们是凸优化问题的解。为了实现这些目标，我们提供了一种易于实现的密度矩阵流形梯度下降法，其中解析解在每个迭代步骤中产生有效的下降方向。有限域内的理想输入及其相关的热力学算子可以用较少的努力获得。这允许在无限维量子系统的量子子空间内分析理想的热力学输入；它还允许在经典极限中分析理想输入。我们的例子说明了“理想”输入的多样性：不同的初始状态使熵产生最小化，使自由能的变化极端化，并最大化工作提取。
混合状态图形语言的完整性...
存在几种用于量子信息处理的图形语言，例如量子电路、ZX 演算、ZW 演算等。每种语言都形成一个 † -对称幺半范畴（† -SMC），并带有一个指向有限维希尔伯特空间的 † -SMC 的解释函子。近年来，量子力学范畴化方法的主要成就之一是为大多数这些图形语言提供了几种方程理论，使它们能够完成纯量子力学的各种片段。我们讨论如何将这些语言扩展到纯量子力学之外的问题，以便推理混合态和一般量子操作，即完全正映射。直观地说，这种扩展依赖于丢弃图的公理化，它允许人们摆脱量子系统，而这在纯量子力学中是不允许的。我们引入了一种新的构造，即丢弃构造，它将任何 † -对称幺半范畴转换为配备丢弃图的对称幺半范畴。粗略地说，这种构造在于使任何等距因果化。使用这种构造，我们为几种图形语言提供了扩展，我们证明这些语言对于一般量子操作是完整的。然而，这种构造对于一些边缘情况（如 Clifford+T 量子力学）不起作用，因为该类别没有足够的等距。
固体量子中继器静止系统上不完美无相互作用纠缠纯化
摘要：固态量子中继器是大规模量子网络的核心部分，纠缠纯化是量子中继器的关键技术，用于从混合纠缠态的集合中提取高质量的非局域纠缠，并抑制噪声对量子信息载体的负面影响。本文提出一种适用于固态量子中继器的、无不完美相互作用的量子点中非局域电子自旋纠缠纯化方法，利用对电子自旋的忠实奇偶校验。在近乎现实的条件下，即使在微腔内嵌入的量子点与圆偏振光子之间存在不完美相互作用，忠实奇偶校验也可以在不破坏非局域固态纠缠的情况下对奇偶校验模式做出正确判断。因此，非完美相互作用纠缠纯化可以防止最大纠缠态转变为部分纠缠态，并保证纯化后非局域混合态保真度达到期望值。由于该方案在接近现实的不完美相互作用条件下是可行的，因此对实验实现的要求会放宽。这些独特的特性使得这种非完美相互作用纠缠纯化在用于大规模量子网络的固体量子中继器中具有更实际的应用。
耗散双量子比特量子信道的稳态及其在量子机器学习中的应用
纠缠态的制备和保存是任何量子信息平台的基石。然而，量子信息科学中最强大的对手是不必要的环境影响，例如退相干和耗散。在这里，我们讨论如何控制和利用系统与环境耦合产生的耗散，为量子机器学习提供静止的纠缠态。为此，我们设计了一个耗散量子通道，即与压缩真空场库相互作用的双量子比特系统，并通过求解相应的主方程来研究通道的输出状态，特别是在小压缩范围内。我们表明，通道的时间相关输出状态是所谓的双量子比特 X 状态，它可以概括许多纠缠的双量子比特状态系列。此外，通过将一般的贝尔对角态视为系统的初始状态，我们发现这种耗散通道在稳态状态下会产生两类众所周知的纠缠混合态和类沃纳态。此外，该通道提供了一种有效的方法来确定给定的初始状态是否会导致静止纠缠态。最后，我们研究了设计的双量子比特通道在量子机器学习中的潜在应用。将双量子比特通道的非幺正变换与并行处理的神经计算相结合，建立了有意义的量子神经网络的要求。关键词：耗散双量子比特通道；量子机器学习，静止纠缠态；压缩水库
量子信息第10章量子香农理论
10 量子香农理论 1 10.1 香农入门 1 10.1.1 香农熵和数据压缩 2 10.1.2 联合典型性、条件熵和互信息 4 10.1.3 分布式源编码 6 10.1.4 噪声信道编码定理 7 10.2 冯·诺依曼熵 12 10.2.1 H ( ρ ) 的数学性质 14 10.2.2 混合、测量和熵 15 10.2.3 强次可加性 16 10.2.4 互信息的单调性 18 10.2.5 熵和热力学 19 10.2.6 贝肯斯坦熵界限20 10.2.7 熵不确定关系 21 10.3 量子源编码 23 10.3.1 量子压缩：一个例子 24 10.3.2 总体而言的舒马赫压缩 27 10.4 纠缠浓缩和稀释 30 10.5 量化混合态纠缠 35 10.5.1 LOCC 下的渐近不可逆性 35 10.5.2 压缩纠缠 37 10.5.3 纠缠一夫一妻制 38 10.6 可访问信息 39 10.6.1 我们能从测量中了解到多少信息？ 39 10.6.2 Holevo 边界 40 10.6.3 Holevo χ 的单调性 41 10.6.4 通过编码提高可区分性：一个例子 42 10.6.5 量子信道的经典容量 45 10.6.6 纠缠破坏信道 49 10.7 量子信道容量和解耦 50 10.7.1 相干信息和量子信道容量 50 10.7.2 解耦原理 52 10.7.3 可降解信道 55
具有保真度估计的可扩展量子断层扫描
随着量子器件制造技术的快速发展，我们现在可以操纵越来越多的纠缠量子比特。中型量子器件（10-100 量子比特）已在超导电路、囚禁离子和超冷原子平台上实现 [1-7]。量子态层析成像 (QST) 旨在通过对状态副本进行适当测量来重建未知量子态，它是验证和衡量实现优劣的黄金标准。具体而言，QST 是证明量子处理器上所有实际操作和测量所能提供的信息的完整性所必需的。量子场论的早期研究集中在混合态，发现它需要对一组最小 O(d) 个互不偏基进行射影测量[8-10]，或对正算子值测度（POVM）进行 O(d2) 期望所提供的信息[11-14]。随着希尔伯特空间维数 d 随着成分（如粒子）数量的增加而呈指数增长，这很快变得不切实际。对于纯态，最近证明，就信息而言，POVM 的数量可以大幅减少到 O(d)[15-17]，测量基的数量可以减少到 4 个[18-20]。然而，由于样本空间 d 的大小呈指数级增长，实现这些精心设计的非局部测量并获得相应的收敛概率分布在实验上仍然是难以实现的[21]。经过长期发展其数学基础之后，我们现在正处于考虑其实用方面的阶段。
QCD 中顶夸克的量子信息
顶夸克代表着独特的高能系统，因为它们的自旋关联可以被测量，从而允许用高能对撞机中的量子比特来研究量子力学的基本方面。这里，我们给出了通过高能对撞机中的量子色动力学 (QCD) 产生的顶-反顶 (t¯t) 夸克对的量子态的一般框架。我们认为，一般来说，在对撞机中可以探测的总量子态是由产生自旋密度矩阵给出的，这必然会产生混合态。我们计算了由最基本的 QCD 过程产生的 at¯t 对的量子态，发现在相空间的不同区域存在纠缠和 CHSH 破坏。我们表明，任何现实的 at¯t 对的强子产生都是这些基本 QCD 过程的统计混合。我们重点关注在 LHC 和 Tevatron 上进行的质子-质子和质子-反质子碰撞的实验相关案例，分析量子态与碰撞能量的依赖关系。我们为纠缠和 CHSH 破坏特征提供实验可观测量。在 LHC 上，这些特征由单个可观测量的测量给出，在纠缠的情况下，这代表违反柯西-施瓦茨不等式。我们将文献中提出的 t¯t 对的量子断层扫描协议的有效性扩展到更一般的量子态和任何产生机制。最后，我们论证了在对撞机中测量的 CHSH 破坏只是一种弱形式