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量子信号中有效的相位因子评估...
量子信号处理（QSP）是一种强大的量子算法，可准确在量子计算机上实现矩阵多项式。基于QSP的量子算法的渐近分析表明，对于一系列任务，例如Hamiltonian模拟和量子线性系统问题，可以原理获得渐近最佳的结果。QSP的进一步好处是，它使用了最少数量的Ancilla Qubits，这有助于其对近中间术语量子体系结构的实现。但是，到目前为止，还没有经典稳定的算法可以计算构建QSP电路所需的相位因子。现有方法需要使用可变精度算术，并且只能应用于相对较低程度的多项式。我们在这里提出了一种基于优化的方法，该方法可以使用标准的双精度算术操作准确地计算相位因子。我们通过应用于汉密尔顿模拟，特征值过滤和量子线性系统问题的应用来证明这种方法的性能。我们的数值结果表明，优化算法可以发现相位因子准确地近似于大于10，000的多项式，误差低于10-12。
沙丘背后的非交换性
我将讨论冯诺依曼代数上映射的绝对膨胀概念，主要关注具有附加模块性条件的 B(H) 上的映射。这一概念最近由 C. Duquet 和 C. Le Merdy 定义和研究。他们描述了可膨胀 Schur 乘数的特征。我们通过将 Schur 乘数要求替换为任意冯诺依曼代数上的模数（而不是最大阿贝尔自伴代数）来扩展结果。此类映射的特征是存在一个称为辅助算子的迹冯诺依曼代数 ( N , τ ) 和某个幺正算子。不同类型的辅助算子（阿贝尔、有限维等）导致了局部、量子、近似量子和量子交换可膨胀映射的定义，我将讨论这些类型之间的关系。研究不同类型膨胀的动机来自量子信息论。我将解释 QIT 和可膨胀映射之间的相互关系。
费米子哈密顿量的 Select($H$) 实现速度呈指数级增长
ℓ H ℓ 是任意二阶量子化费米子哈密顿量的乔丹-维格纳变换。Select ( H ) 是几种量子算法的主要子程序之一，包括最先进的哈密顿量模拟技术。如果二阶量子化哈密顿量中的每一项最多涉及 k 个自旋轨道，且 k 是与自旋轨道总数 n 无关的常数（文献中考虑的大多数量子化学和凝聚态模型都是如此，其中 k 通常为 2 或 4 ），则我们对 Select ( H ) 的实现不需要辅助量子位，并且使用 O ( n ) Cliufford+ T 门，其中 Cliufford 门应用于 O (log 2 n ) 层，T 门应用于 O (log n ) 层。与以前的工作相比，这实现了 Clifford 和 T 深度的大幅提升，同时保持了线性门数，并将辅助门数减少到零。
量子限制相位不敏感的最佳增益感应......
相位不敏感光放大器均匀放大输入场的每个正交部分，具有基础和技术重要性。我们发现使用多模探针估计量子限制相位不敏感放大器增益的精度存在量子极限，该多模探针也可能与辅助系统纠缠。与损耗参数的感测形成鲜明对比的是，探针的平均光子数 N 和输入模式数 M 被发现是等效且可互换的最佳增益感测资源。所有纯态探针在放大器输入模式上的简化状态在多模数基础上对角化，在相同的增益独立测量下被证明是量子最优的。我们将使用经典探针可实现的最佳精度与基于显式光子计数的估计器对量子探针的性能进行了比较，并表明即使对于单光子探针和低效光电检测也存在优势。还推导出了两个产品放大器通道之间能量受限 Bures 距离的闭式表达式。
量子氛围 (2024 年第三季度)（最终稿）
最近，随着一种高效创建广义均匀叠加态的新算法的开发，人们取得了重大突破[1]。结果表明，对于 M 不是 2 的幂的情况，仅使用 O(log (M)) 个量子比特和 O(log (M)) 个量子门，就可以通过确定性方法（值得注意的是，无需辅助量子比特）来准备广义均匀叠加态。就资源利用率（量子门复杂度）和速度（量子电路深度）而言，这比以前已知的创建广义均匀叠加态的方法有了指数级的提升。例如，当叠加态的数量为 M = 2 + 2 时，新算法只需要 r + 2 个量子门。从这个角度来看，以前需要超过 200 万个量子门的状态准备现在只需 23 个即可完成，而原本需要超过 400 万个门的任务现在只需要 24 个。
单个粒子相干能动性的实验研究
能动性被定义为通过单一循环演化可以提取的最大功量。它在评估量子系统的工作能力方面起着至关重要的作用。最近，量子相干性在工作提取中的重要性已在理论上得到确认，表明相干性更高的量子态比失相态量子态具有更高的能动性。然而，相干能动性的实验研究仍然缺失。在这里，我们报告了对单自旋系统中相干能动性的实验研究。基于使用辅助量子比特测量能动性的方法，成功提取了非平衡态能动性的相干和非相干分量。通过改变状态的相干性，观察到了系统相干性增加引起的能动性的增加。我们的工作揭示了量子热力学和量子信息论之间的相互作用，未来的研究可以进一步探索其他量子属性在热力学协议中的作用。
量子计算中动态运行时断言的量子电路
摘要 在本文中，我们提出了用于运行时断言的量子电路，它既可用于软件调试，也可用于错误检测。运行时断言在量子计算中具有挑战性，主要有两个原因。首先，量子比特（量子位）无法复制，这被称为不可克隆定理。其次，当测量量子比特时，其叠加态会坍缩为经典态，从而丢失固有的并行信息。在本文中，我们通过辅助量子比特进行运行时计算克服了这些挑战，辅助量子比特用于间接收集感兴趣的量子比特的信息。我们设计量子电路来断言经典状态、纠缠和叠加态。我们的实验结果表明，它们在调试方面非常有效，并能提高 IBM Q 量子计算机上各种量子算法的成功率。 CCS 概念。• 硬件 → 量子技术。关键词。量子计算；运行时断言
![arXiv:2210.14892v1 [quant-ph] 2022 年 10 月 26 日](/simg/3\3109eccc3a013ca1b4a857c0ee89cd697acda038.webp)
arXiv:2210.14892v1 [quant-ph] 2022 年 10 月 26 日
我们介绍了一种通用方法来准备振幅由某个已知函数给出的量子态。与现有方法不同，我们的方法不需要手工制作的可逆算术电路或量子内存负载来编码函数值。相反，我们使用模板量子特征值变换电路将低成本的正弦函数块编码转换为所需函数。我们的方法仅使用 4 个辅助量子比特（如果近似多项式具有确定奇偶性，则为 3 个），与最先进的方法相比，量子比特数减少了一个数量级，同时如果函数可以很好地用多项式或傅里叶近似表示，则使用类似数量的 Toffili 门。与黑盒方法一样，我们方法的复杂性取决于函数的“L2 范数填充分数”。我们证明了我们的方法在准备量子算法中常用的状态（例如高斯和凯泽窗口状态）方面的效率。
量子状态制备和对角算子的非自动进化
实现基于统一的量子量子设备上的非单身转换对于模拟各种物理问题至关重要，包括开放量子系统和亚范围量子量子状态。我们提出了一种基于扩张的算法，用于使用仅使用一个Ancilla量子的概率量子计算模拟非自动操作。我们利用奇异值分解（SVD）将任何通用量子运算符分解为两个单一操作员和对角线非单身操作员的产物，我们证明可以通过对角度扩张的空间中的对角线统一操作员来实施，这可以实现。扩张技术增加了计算中的Qubit数量，因此，我们的算法将扩张空间中所需的操作限制为对角统一操作员，该操作员已知电路分解。我们使用此算法在具有高忠诚度的量子设备上准备随机的亚标准化两级状态。此外，我们介绍了在dephasing通道中的两级开放量子系统的准确非单身动力学和在量子设备上计算的振幅阻尼通道的准确非单身动力学。提出的算法对于可以轻松计算SVD时实施一般的非独立操作是最有用的，在嘈杂的中间规模量子计算时代，大多数运营商就是这种情况。
超导腔双轨编码
设计能够减少和减轻错误的量子硬件对于实用的量子纠错 (QEC) 和有用的量子计算至关重要。为此，我们引入了电路量子电动力学 (QED) 双轨量子比特，其中我们的物理量子比特被编码在两个超导微波腔的单光子子空间 {| 01 ⟩ , | 10 ⟩} 中。主要的光子损失误差可以被检测到并转换成擦除误差，这通常更容易纠正。与线性光学相比，双轨代码的电路 QED 实现提供了独特的功能。每个双轨量子比特仅使用一个额外的 transmon ancilla，我们描述了如何执行一组基于门的通用操作，其中包括状态准备、逻辑读出以及可参数化的单量子比特和双量子比特门。此外，腔体和传输器中的一阶硬件错误可以在所有操作中被检测到并转换为擦除错误，留下数量级较小的背景泡利错误。因此，双轨腔量子比特表现出良好的错误率层次，预计在当今相干时间下的性能远低于相关的 QEC 阈值。