量子位可以隔离以执行有用的信息理论任务,即使物理系统从根本上是由非常高维操作员代数来描述的。这是因为可以将Qubits始终嵌入更高维的Hilbert空间中。将经典概率分布的类似嵌入到量子理论中,可以通过变质出现经典物理。在这里,我们询问哪些其他概率模型可以类似地嵌入到有限的维量子理论中。我们表明,可嵌入的模型正是与欧几里得特殊的约旦代数相对应的模型:对真实,复数或四元素的量子理论以及“自旋因子”(具有三个以上自由度的量子),及其直接总和。在这些情况下,只有具有超级条例规则的经典和标准量子理论才能由物理腐蚀图产生。我们的结果通过阐明如何(或不能)伪造量子理论的某些实验测试对量子理论的某些实验测试产生了重大影响。此外,它们暗示所有不受限制的非古典模型都必须是上下文。
使用传感器的量子性能,可以增强成像,光谱和检测的分辨率,精度和灵敏度。一个有趣的问题是:传感器和目标的量子性质(量子)是否可以利用为实现经典探针或经典目标不可能的方案?在这里我们表明,量子目标的量子相关性的测量确实可以传达没有经典对应物的方案。作为一个具体的例子,如果量子目标的二阶经典相关性可以通过非平稳的经典噪声完全掩盖,则高阶量子相关性可以从经典噪声背景中单次量子目标,无论噪声的频谱,统计量或噪声强度如何。因此,提出了一种经典的无噪声感应方案。这一发现表明,仍将探索传感器和目标的量子性,以实现量子传感的全部潜力。新机会包括超越经典方法的敏感性,非古典相关性作为量子多体物理学的新方法,量子基础的无漏洞测试等。
1。简介。近几十年来,随着量子数据处理技术的促进,人们对能够在特定频率下以高量子效率发射的非古典光源越来越感兴趣[1]。实施此类来源的最有希望的方法之一是使用单个半导体量子点(QDS)[1-4]。材料系统的一系列允许基于QD的单光子源(SP)在宽广泛的范围内创建单光子源(SPS),从紫外线附近到电信C波段[5-9]。对于基于费用的量子加密应用,在电信C波段接近1.55μm中运行的SPS特别感兴趣,这是由于纤维中的光学损失最小而引起的[3,10]。当前,基于微孔子中的QD,在该光谱范围内获得单光子发射的主要方法。第一种方法涉及在INP屏障中生长INAS QD [5,11-13],而第二种方法涉及直接在GAAS子仪上直接在INGAAS METAAS METAAS METAS-METAS-METAS-METAS-METAS-METAS-METAS-METAS-METAS QD上生长INAS QD [14-16]。然而,在INP
量子系统可以具有非古典相关性,这些相关已成为量子物理学的内在部分[1]。尤其是纠缠一直是一项密集研究的主题[2,3]。通常,如果不能将其作为产品状态的凸组组合写成,则多粒子系统会纠缠。对于许多应用程序,两分量子状态被认为是关键资源[4,5]。在光子的情况下,可以在各种自由度之间检测到纠缠,例如极化,空间或时间。极化输入的光子已在量子信息方案中实现,例如量子密钥分布(QKD)[6],超密集编码[7],量子触发[8],量子计算[9],量子干涉光学量表[10]等有很多方法可以产生极化的光子对,例如自发参数下调[11]或自发的四波混合[12]。量子状态断层扫描(QST)是量子信息理论发展的固有的。任何协议都需要特征良好的量子状态。在许多应用中,在许多应用中,确定物理系统准确数学表示的能力起着核心作用[13 - 16]。尤其是,由于涉及单个光子的实验的巨大潜力,光子断层扫描引起了很多关注[17]。因此,在目前的工作中,我们
过去二十年的实验技术进展允许设计具有不同应用的广泛量子设备,例如量子计算[1-4],量子传感和量子加密[5-7]等。我们可能会说,在量子设备应用中,热力学的作用很重要,这与最佳性能搜索及其由于耗散和可逆性而对其约束的理解有关。通常,Quantum设备在微尺度和纳米尺度上运行,其中量子波动变得与热波动一样重要,并且对能量交换的正确描述是按顺序进行的。量子热力学[8-14]在过去几年中一直在建立,以描述量子尺度正确的能量交换。量子波动定理允许实心框架并建立量子系统的非平衡热力学的限制[15 - 33]。此外,将量子系统用作不同量子热设备中的工作流体是一种有趣的方法,可以提高热周期的性能,而不是其经典的对应物[34 - 54]。量子热力学的另一个突出特征是将量子信息(例如相干性和非古典相关性)作为热力学任务的附加资源[9,11]。已使用不同的实验平台来研究量子热力学方面,例如,捕获的离子[55 - 57],量子电路电动力学[12,58,59],量子光学[60 - 62],光力学系统[63,64],,核磁共振>
摘要:本文证明了一些人类决策的一些非古典模型可以作为量子计算机上的电路成功运行。自1960年代以来,许多观察到的认知行为已被证明违反了基于经典概率和设定理论的规则。例如,调查中提出问题的顺序会影响参与者是否回答“是”还是“否”,因此,对两个问题的“是”的人群无法建模为两个固定集的交集。可以将其建模为以不同级别进行的一系列投影。使用量子概率成功地描述了此示例和其他示例,这取决于比较子空间之间的角度而不是在子集之间的体积。现在,在2020年代初期,量子计算机已经达到了可以通过代表量子硬件的量子硬件来实施这些量子认知模型的某些地步,并通过代表Qubit登记册中的精神状态,以及使用不同的门和测量结果来认知操作和决策。本文为量子认知模型开发了这种量子电路表示形式,尤其着重于在不确定性下建模顺序效应和决策。主张并不是说人的大脑明确使用量子和量子电路(就像使用布尔集合理论的使用一样,不需要大脑使用经典的位置),而是量子认知和量子计算之间共享的数学会激励量子计算机探索量子计算机的认知模型。关键量子属性包括叠加,纠缠和崩溃,因为这些数学元素在认知模型,量子硬件和电路实现之间提供了一种通用语言。
ecent年份已经看到了衍射光学的复兴,这是由于纳米制度的纳米化阵列的进步,具有高精度,合理的吞吐量和相对易于生产的纳米阵列的纳米化阵列。这些发展开辟了一个所谓的平面光学器件的新时代,其关键组件称为Metasurfaces(由光学上薄的散射器组成的二维结构,例如次波长大小的天线),越来越多地用于替换整个传统光学元件的整体组合1 - 9。这些设备可以实现有效的梁转向,光学极化的局部控制以及光10-14的发射和检测。metasurfaces具有独特的功能,可以完全控制子波长度15中的光。包括对复杂衍射的波长和极化选择性控制。此外,元信息可以使新物理学和一系列现象与散装光学或3D超材料中可以实现的现象明显不同。这样一个例子是一般的反射和折射定律,可以通过使用带有规定的相位梯度的天线阵列来将元时间用于重定向,同时确保完全控制幅度和相位的前所未有的设计灵活性。元面包还可以量身定制近场响应,这在处理光源和探测器时至关重要,从而实现了完美的吸收,发射增强和光 - 物质相互作用的详细设计。metaSurfaces具有巨大的实现这些状态的潜力。metasurfaces现在已成为经典光学的主食,并且越来越有兴趣将扁平光子学启用的新型功能带入量子光学的领域16。量子光学技术需要单个光子,纠缠光子和其他类型的非古典光以及更新的检测方法的来源。量子状态可以基于不同程度的光自由度极化,方向和轨道角动量。,我们首先将注意力集中在经典光学设备(梁拆分器)上的两个独立光子的量子干扰17、18的演示中,这允许纠缠操作 - 量子光学领域的里程碑。但是,光束分离器是一种只能改变其反射率的简单设备,因此没有太多功能性。metasurfaces具有更广泛的功能,并且具有很大的操纵单光子并产生各种品种的潜力
量子计算机从支持量子叠加状态或非古典相关性(例如纠缠)的能力中获得了力量。提出了各种系统以实施,包括腔量子电动系统,半导体量子点或冷原子。激子 - 孔子与这些系统具有许多相似之处:它们是由腔体构造的,部分由激子组成,并形成了Bose-Einstein冷凝物的类似物。因此,自然可以推测其量子应用。重要的是要欣赏我们所说的“量子”。在文献中,尤其是与激子 - 摩尔体子有关的,通常说量子涡流,量子流体或量子量。虽然涡旋可能显示出量化的绕组数,但它们也存在于经典的光波场中。所描述的量子流体通常是通过平均场波函数很好地描述的[1],该[1]由振幅和相位定义。在许多情况下,这种参数是准确的,这意味着我们没有访问系统的整个希尔伯特空间,这要求我们远离通常研究的相干状态或偏振子凝结物。经常使用的论点是,某物最终由量子粒子组成,因此量子也是如此。但是,我的计算机最终由量子粒子组成,但不能运行Shor或Grover的算法。激子 - 果龙的量子特征。早期的理论工作期望极化子之间的非线性相互作用会导致纠缠[2-6]。原则上,如果两个极地彼此散布,那么它们将被纠缠,但是,实际上,一个极性群体永远不会与两个极性人一起使用。与粒子的分布一起工作时,相互作用模式之间发展的量子相关性,例如,在平面微腔中以不同波形为特征的量子相关性更好地称为挤压(指在wigner函数代表时相位空间中分布的压壁)。仅从相互作用[9,10]中检测到有限的挤压[7,8]或量子互补性。可以证实,如果极性子被系统以外产生的纠缠光子激发,那么它们会保留此纠缠[11],因此毫无疑问它们是量子颗粒。单个极性子的行为也已得到充分的特征[12]。但是,从极地 - 帕利顿相互作用中产生牢固纠缠的状态一直具有挑战性。这可能是由于存在其他散射过程(带有障碍或声音声子)污染了不相关的极性子的信号。极化系统当前局限性的另一个例证在于单个隔离模式的物理。众所周知,当极性子注入共振激光器时,由于相互作用,它们的强度会增加,它们会浮出水面。这导致
新的量子技术目前正在引起广泛关注。量子物理学的应用领域有望提供重要的技术和经济机会。主要项目,例如欧盟[1]的量子旗舰或美国国家量子倡议[2],目的是将量子技术带入工业应用。正在大力追求的量子合并者的发展引起了特别的兴趣。期刊和互联网新闻频道定期报告进度。对量子计算的高度关注表明,它被认为是一个有趣的话题。我们想利用这种激励的影响,对量子物理学的教学和学习。特别是,我们希望利用对真实量子计算机的访问,各种提供商免费提供的量子计算机。许多平台(例如IBM量子[3]或Tu Delft的量子Inspire [4])允许用户注册基于云的量子计算机访问。 在这些环境中,用户可以在实际量子硬件上尝试量子算法。 此外,还有一些用户友好的模拟器,例如Quirk [5,6]和具有广泛学习材料的环境,用于学习硬件相关的编程语言(例如, IBM Qiskit [7],Microsoft Q#[8]或Google CIRQ [9])。 新提供者和方法定期出现[10]。 定期更新的GitHub集合“开源量子软件项目”提供了免费可用的量子编程资源的概述[11]。IBM量子[3]或Tu Delft的量子Inspire [4])允许用户注册基于云的量子计算机访问。在这些环境中,用户可以在实际量子硬件上尝试量子算法。此外,还有一些用户友好的模拟器,例如Quirk [5,6]和具有广泛学习材料的环境,用于学习硬件相关的编程语言(例如,IBM Qiskit [7],Microsoft Q#[8]或Google CIRQ [9])。 新提供者和方法定期出现[10]。 定期更新的GitHub集合“开源量子软件项目”提供了免费可用的量子编程资源的概述[11]。IBM Qiskit [7],Microsoft Q#[8]或Google CIRQ [9])。新提供者和方法定期出现[10]。定期更新的GitHub集合“开源量子软件项目”提供了免费可用的量子编程资源的概述[11]。通过量子技术教量子物理学的方法具有一个主要优势:基本实体在物理上很简单。Qubits被描述为两国系统 - 最简单的量子系统。在量子加密和通信中起着重要作用的光的极化也很容易机械地描述量子。另一个教学优势是,量子技术直接解决了量子物理学的真正非古典特征:诸如叠加,测量,纠缠等主题在这一领域至关重要。新量子技术的基础物理学并不是什么新鲜事物:它仍然是在海森伯格和施罗丁时代开发的量子物理学。但是,其在量子计算机中的技术应用,具有新颖的概念为Qubits和Quantum大门,可以采用新的量子物理学教学方法。新方法比传统方法更关注信息科学。它为应用定向打开了新的机会,并允许新的示例和锻炼任务。在本文中,我们想在量子物理学的入门课程中展示一种使用量子计算机的直接而直接的方法。技术可能性已经可用:上面列出的平台为学习者提供了机会