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量子动力学并非严格可分
其中 U ð t Þ ¼ e − itH（取 ℏ ¼ 1），tr E 是环境上的部分迹。这种量子过程的开放系统模型表明，诱导量子信道可以理解为较短（时间和诱导变化）状态变换的组合。然而，正如 Wolf 和 Cirac [1] 的开创性著作中所发现的那样，存在不能写成其他信道的串联的量子信道；因此，它们是不可分割的。这类似于素数；它们不能被分解。在本文中，我们将更详细地研究这种类比，并展示它在量子信道结构问题中的强大应用。我们感兴趣的是看看如何将给定的信道分解为不可分割的信道。具体来说，我们的目标是表征 n 可分割量子信道的家族，即最多由 n 个量子信道串联而成的信道。正如我们将看到的，可分割性和因式分解之间存在几个关键区别。首先，
多维量子模拟的被困的离子体系结构
在1980年代初期，这个想法就实现了一个量子模拟器，以研究复杂且棘手的量子系统的特定动力学。[1-3]通常，与重新构建通用量子计算机（QC）相比，对实验平台建立模拟量子模拟器（AQ）的要求仍然较少。[4]是通用的，后者可能会运行任何算法，包括任何数字量子模拟。以数字方式操作，将需要前所未有的操作性限制才能重新构建相关的巨大开销，以采用Quanth误差校正。aqs被预计在可能可用的QC可用之前可能不太容易解决感兴趣的物理。[5]在许多不同的实验平台中的巨大进步驱动到QC和量子计量学的许多不同的实验平台中，许多针对AQSS的方法正在开发中。[6–8]由于非大学性，每种方法仍然适合于特定的任务集。仍然可以制定一些通用要求。CIRAC和Zoller State
量子优势和分布式量子计算的降噪
IBM量子体验和Amazon Braket有机会在许多小型和嘈杂的量子计算机上实现量子算法。超过20个量子计算机，最多有65个量子位由IBM部署。没有人可以量子交流。然后，这个问题乞求与经典通信分布的量子计算的优势和缺点。用经典资源代替量子通常会导致大开销。例如，模拟n个量表需要o（n = 2 n）经典位。更一般而言，通过具有N量子位的量子电路模拟量子电路，需要1 O（2 ck）使用量子电路[5]。在分布式计算中有多少量子优势取决于算法。CIRAC等。 al。 [6]表明，分布式3SAT保留量子优势。 Bravyi等。 al [5]在稀疏量子电路和Peng等的经典计算中估计了开销。 al。 [12]张量网络的衍生结果，簇之间连接有限。 分布式量子计算还可以进行，除了其他“ virtual Qubits”的明显优势，这是显着降低噪声的优势。 这是因为分裂算法会导致深度的显着降低。 由于输出中的噪声随电路的深度成倍比例缩放，这可能是一个显着的优势。 据我们所知，这很简单，可能会说小点，以前尚未研究过。CIRAC等。al。[6]表明，分布式3SAT保留量子优势。Bravyi等。al [5]在稀疏量子电路和Peng等的经典计算中估计了开销。al。[12]张量网络的衍生结果，簇之间连接有限。分布式量子计算还可以进行，除了其他“ virtual Qubits”的明显优势，这是显着降低噪声的优势。这是因为分裂算法会导致深度的显着降低。由于输出中的噪声随电路的深度成倍比例缩放，这可能是一个显着的优势。据我们所知，这很简单，可能会说小点，以前尚未研究过。例如，如果电路的深度足够大，则量子计算机的输出可能会被噪声淹没，但是具有较浅深度的分布式计算可能会产生显着的结果。
NIST 量子信息科学计划和愿景
NIST 的 QIS 历史 • 1992 年 Wineland 建议使用自旋压缩来提高时钟的灵敏度 • 1993 年启动能力项目以支持这一想法 • 1994 年在盖瑟斯堡的 NIST 举行了第一届 QI 研讨会（1994 年 8 月） • 1994 年 NIST 开始探索使用相关光子进行绝对探测器校准 • 1995 年 Cirac 和 Zoller 提出基于离子阱的门 • 1995 年 Wineland 和 Monroe 实现了第一个量子门 • 2000 年建立 NIST QI 计划 • 2000 年第一个 NIST 量子计算能力 • 2001 年 DARPA 支持量子通信工作 • 2003 年扩大 NIST QI 计划 • 2003 年 NIST 举办第一届单光子研讨会 • 2005 年第一个 NIST QI 倡议获得资助 • 2006 年建立联合量子研究所 • 2012 年 Wineland 因支持QIS • 2104 计算机科学量子信息联合中心（QuICS）成立
NIST 量子信息科学计划和愿景
NIST 的 QIS 历史 • 1992 年 Wineland 建议使用自旋压缩来提高时钟的灵敏度 • 1993 年启动能力项目以支持这一想法 • 1994 年在盖瑟斯堡的 NIST 举行了第一届 QI 研讨会（1994 年 8 月） • 1994 年 NIST 开始探索使用相关光子进行绝对探测器校准 • 1995 年 Cirac 和 Zoller 提出基于离子阱的门 • 1995 年 Wineland 和 Monroe 实现了第一个量子门 • 2000 年建立 NIST QI 计划 • 2000 年第一个 NIST 量子计算能力 • 2001 年 DARPA 支持量子通信工作 • 2003 年扩大 NIST QI 计划 • 2003 年 NIST 举办第一届单光子研讨会 • 2005 年第一个 NIST QI 倡议获得资助 • 2006 年建立联合量子研究所 • 2012 年 Wineland 因支持QIS • 2104 计算机科学量子信息联合中心（QuICS）成立
超越小工具：可扩展性对于模拟量子模拟器的重要性
我们提出了一个模拟量子模拟的理论框架，以捕捉实验可实现模拟器的全部范围，其动机是 Cirac 和 Zoller 首次提出的一组基本标准。我们的框架与复杂性理论中使用的汉密尔顿编码一致，在噪声下稳定，并涵盖了一系列实验可能性，例如模拟开放量子系统和使用 Lieb-Robinson 边界减少开销。我们讨论了模拟量子模拟中的可扩展性要求，特别是论证了模拟不应涉及随系统大小而增长的交互强度。我们为汉密尔顿复杂性理论中使用的小工具开发了一个通用框架，这可能与模拟模拟无关，特别是证明了在汉密尔顿局部性减少中，与尺寸相关的缩放是不可避免的。然而，如果允许额外的工程耗散资源，我们将展示一种使用量子芝诺效应绕过局部性减少不可行的定理的方案。我们的小工具框架为形式化和解决长期存在的小工具悬而未决的问题打开了大门。最后，我们讨论了模拟量子模拟中的普遍性结果。
镱离子阱 量子计算
经典计算机的历史是从使用真空管的初始概念验证，到最终完善的现代硅基架构而发展起来的。现在，量子计算机正从概念验证转向实用设计，并且正处于扩展到越来越多相干、连接良好的量子比特的阶段。自从 Cirac 和 Zoller 证明了一种将任意幺正运算应用于离子线性阵列的可行方法 [1] 以来，离子量子计算机一直是量子计算发展的有力竞争者。最近，霍尼韦尔 [2] 和 IonQ [3] 推出了两台使用镱的工业量子计算机。这些计算机采用镱同位素离子 171 Yb + 最外层 S 壳层的价电子来编码量子比特的状态。有两种相互竞争的架构：MUSIQC 和 QCCD [4,5]。为什么要使用稀土元素呢？ [Xe] 4f 14 6s 1 电子构型之所以具有吸引力，是因为它通过使用 P 轨道实现了超精细到光学的耦合。此外，它相当容易实现。有几种元素和同位素可能适合这种构型。为什么特别选择 171 Yb +？选择这种同位素的动机是需要核自旋 1/2、观测稳定性和一阶塞曼不敏感时钟状态。可以考虑放射性同位素，但同位素必须足够稳定和普遍，以便与典型的金属源隔离。此外，我们要求电离能合理，电离原子带正电。171 Yb + 是唯一满足这些限制的同位素。
雷纳·布拉特简历
Blatt 是精密光谱学、量子计量学和量子信息处理领域的专家。他的研究对象是被捕获在离子阱中的原子，并用激光束对其进行操纵。这项工作基于与理论家 Ignacio Cirac 和 Peter Zoller 的合作以及他们在 20 世纪 90 年代中期提出的建议。2003 年，Blatt 的团队首次实现了 Cirac-Zoller 提出的纠缠操作；2004 年，Blatt 的工作组首次成功将一个原子的量子信息以完全受控的方式转移到另一个原子上（隐形传态）。科学杂志《自然》报道了这项实验，并将其放在封面上。两年后，Rainer Blatt 的工作组已经成功以受控方式纠缠了多达 8 个原子。第一个“量子字节”（qubyte）的创建使我们在迈向量子计算机的道路上又迈出了一步。 2011 年，该团队成功将这一记录提高到 14 个纠缠原子，自 2018 年以来，他们经常使用 20 个完全受控的离子量子比特进行工作。自 2011 年以来，Blatt 的团队朝着成功进行量子纠错迈出了重要一步，并成功地用七个物理量子比特编码了一个逻辑量子比特。从那时起，该团队还实现了一个通用量子模拟器，进行了开放系统量子模拟，并首次展示了格点规范理论的量子模拟。目前，Blatt 的团队经常使用两台量子计算机，致力于实现可扩展的量子计算和量子模拟。他还以支持年轻科学家而闻名。他的几位助手获得了著名奖项，并被任命为国外大学的教授。
北京大学量子材料科学中心 - International Center for Quantum ...
在非相对论量子系统中，利布-罗宾逊定理 [1-2] 规定了一个新出现的速度限制 v，在幺正演化下建立了局部性，并限制了执行有用量子任务所需的时间。在本次演讲中，我将介绍我们的工作 [3]，即将利布-罗宾逊定理扩展到具有测量和自适应反馈的量子动力学。与测量可以任意违反空间局部性的预期相反，我们发现量子信息的速度最多可以提高 (M+1) 倍，前提是已知 M 个局部测量的结果；即使经典通信是即时的，这也是如此。我们的界限是渐近最优的，并且被现有的基于测量的协议所饱和 [4]。我们严格限制了量子计算、纠错、隐形传态以及从短程纠缠初始状态生成纠缠资源状态（Bell、GHZ、Dicke、W 和自旋压缩状态）的资源要求。我们的研究结果限制了使用测量和主动反馈来加速量子信息处理，并限制了大量已提出的量子技术的可扩展性。参考文献：[1] Lieb 和 Robinson，“量子自旋系统的有限群速度”，Comm. Math. Phys. 28, 251 (1972)。[2] Chen, Lucas 和 Yin，“多体量子动力学中的速度限制和局部性”，arXiv：2303.07386。[3] Friedman, Yin, Hong 和 Lucas，“带测量的量子动力学中的局部性和误差校正”，arXiv：2206.09929。[4] Briegel, Dur, Cirac 和 Zoller，“量子中继器：不完美局部操作在量子通信中的作用”，Phys. Rev. Lett. 81, 5932 (1998)。