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![arxiv：2402.06946v1 [Quant-ph] 2024年2月10日](/simg/g:\will\search\icon\source\e\e94345c8e3a46ec45b4a0f221fb0d84eba7d5223.webp)
arxiv：2402.06946v1 [Quant-ph] 2024年2月10日
cz）门是构造通用门的基础元素，包括受控门。我们首先要解释量子过程的理论（QPT），探索Choi-Jamiolkowski同构或量子过程的CHOI矩阵表示，以及使用CHOI表示的QPT算法。随后，我们使用基于Transmon的超导量子量子计算机对SQSCZ Gate的实验实现提供了详细的见解。为了全面评估嘈杂的中间量子量子（NISQ）计算机上门的性能，我们使用IBM量子的模拟器和IBM量子的真实Quantum计算机进行了跨不同环境的QPT实验。在我们的QPT实验中利用CHOI矩阵可以全面表征我们的量子操作。我们的分析揭示了SQSCZ门的值得称赞的保真度和噪声特性，过程保真度达到97。27098％和88。99383％，分别是分数。这些发现对量子计算领域中的理论理解和实际应用具有有希望的含义。
具有未知单个粒子的量子过程层析成像...
量子过程层析成像 (QPT) 方法旨在识别（即估计）给定的量子过程。QPT 是一种主要的量子信息处理工具，因为它特别允许人们表征量子门的实际行为，而量子门是量子计算机的基石。然而，通常的 QPT 程序很复杂，因为它们对用作要表征过程的输入的量子态设置了几个约束。在本文中，我们扩展了 QPT 以避免两个这样的约束。一方面，通常的 QPT 方法要求人们知道，因此要非常精确地控制（即准备）用作所考虑量子过程输入的特定量子态，这很麻烦。因此，我们提出了一种盲目或无监督的 QPT 扩展（即 BQPT），这意味着这种方法使用的输入量子态的值是未知的和任意的，只是要求它们满足一些一般的已知属性（并且这种方法利用了所考虑量子过程的输出状态）。另一方面，通常的 QPT 方法要求人们能够准备相同（已知）输入状态的多个副本，这具有限制性。与此相反，我们提出了“单准备 BQPT 方法”（SBQPT），即只能对每个考虑的输入状态的一个实例进行操作的方法。这里通过数值验证的实用（S）BQPT 方法说明了这两个概念，在以下情况下：（i）使用随机纯态作为输入，并且它们所需的属性特别与定义它们的随机变量的统计独立性有关；（ii）所考虑的量子过程基于圆柱对称海森堡自旋耦合。作为基准，我们还引入了专用于所考虑的海森堡过程的非盲 QPT 方法，我们分析了它们的理论行为（这需要本文针对随机输入状态开发的工具），并通过数值测试它们对系统性和非系统性误差的敏感性，这些误差在实践中最有可能出现。这表明，即使对于非常低的准备误差（尤其是系统误差），这些非盲 QPT 方法的性能也远低于我们的 SBQPT 方法。我们的盲目和单一准备 QPT 概念可以扩展到更广泛的过程类别和基于其他量子态属性的 SBQPT 方法，如本文所述。
都灵理工学院机构库
过去几年中，量子信息论的最新发展强烈推动了复杂量子现象的表征。在这样的框架中，一个关键概念就是纠缠。纠缠除了被认为是量子计算和通信任务的基本资源 [1] 之外，还被用来更好地表征不同多体量子系统在相关哈密顿量的某些特征参数发生变化时的临界行为；后一种现象被称为量子相变 (QPT) [2]。事实上，人们还没有完全深入理解 QPT 的普遍性质。在这种情况下使用纠缠的特殊之处在于，作为量子关联的单一直接测度，它应该允许对 QPT 进行统一处理；至少，每当发生的 QPT 归因于系统的量子性质时，这总是在 T 0 时，因为不存在热涨落。 [3] 中首次描述了自旋 1=2 链中单自旋或双自旋纠缠与 QPT 之间的关系，其中注意到并发度的导数在 QPT 的对应性上表现出发散，并具有适当的标度指数。随后在 [4] 中研究了 L 自旋块的纠缠及其在表现出临界行为的自旋模型中的标度行为。最近在 [5] 中解决了通过纠缠来表征费米子系统基态相图的问题，其中展示了如何通过研究单点纠缠来重现已知（数值）相图的相关特征。虽然这是一个有希望的起点，但仍需澄清哪些量子关联导致了 QPT 的发生：是两点还是共享点（多部分），是短程还是长程。事实上，要回答上述问题，需要对任何两个子系统之间的纠缠进行详尽的研究。如果子系统只有 2 个自由度，则共生性可以正确量化量子关联 [6]。一个概括
通过时间对自旋玻璃进行量子过程断层扫描......
在表征量子系统时，量子过程层析成像 (QPT) 是标准基元。但由于量子系统的高度复杂性和维数灾难，QPT 在处理大量量子比特时变得不切实际。另一方面，将 QPT 与机器学习相结合在最近的研究中取得了巨大的成功。在本文中，我们探索了将 QPT 与机器学习和参数化量子电路相结合的机会，以重建自旋玻璃的汉密尔顿量。这产生了一个相当简单和直接的算法。为此，首先推导出必要的量子电路。借助此，重建了 Ising 自旋的汉密尔顿量。最后，我们切换到与 Ising 自旋没有太大区别的自旋玻璃，并在此执行相同的操作。从此，系统随后通过获得的汉密尔顿量完全表征。这些方法适用于高达 12 个量子比特的系统大小，但也可以采用更多的量子比特。使用伊辛模型和自旋玻璃的模拟数据，重建结果达到高保真度值，展示并强调了所提出算法的效率。
人工二维超导系统中揭示的无序诱导量子格里菲斯奇点
无序诱导的量子相变 (QPT) 的 Griffiths 奇异性是二维超导体 (2DSC) 中的一个关键问题。在超导系统中，发现无序强度与涡旋钉扎能量有关，而涡旋钉扎能量又与量子 Griffiths 奇异性密切相关；然而，直接研究以阐明涡旋钉扎能量对 2DSC 中量子 Griffiths 奇异性的影响仍有待开展。这里，通过在 2De 电子气体 (2DEG) 上随机沉积超导纳米岛来设计一种人工 2DSC 系统。量子 Griffiths 奇异性存在于石墨烯/Pb 岛阵列混合物中，其中超导行为转变为由垂直磁场诱导的弱局部金属行为，并表现出临界行为，其发散的动态临界指数接近零温度。与石墨烯/Sn岛阵列复合材料中观察到的尖锐QPT相比，通过阿伦尼乌斯图分析获得的石墨烯/Pb岛阵列复合材料中的涡旋钉扎能量更大，这可能有助于量子Griffiths奇异性的存在。这项工作可以为2DSC中的QPT提供全面的解释。
量子加速器与高性能计算的融合——量子编程工具综述
量子计算 (QC) 引入了一种新的计算模式，具有更大的计算能力，尚待开发 - 为高性能计算 (HPC) 应用提供了激动人心的机会。然而，该领域的最新进展表明，QC 不会取代传统的 HPC，而是可以作为额外的加速器纳入当前的异构 HPC 基础设施，从而实现两种范式的最佳利用。对这种集成的需求极大地影响了量子计算机软件的开发，进而影响了必要的软件基础设施。到目前为止，以前的评论论文已经研究了各种量子编程工具 (QPT)（例如语言、库、框架）编程、编译和执行量子电路的能力。然而，与经典 HPC 框架或系统的集成工作尚未得到解决。本研究旨在从 HPC 的角度描述现有的 QPT，研究现有的 QPT 是否有可能与经典计算模型有效集成，并确定哪些方面仍需要工作。这项工作将一组标准构建成一个分析蓝图，使 HPC 科学家能够评估 QPT 是否适合当前的量子加速经典应用。
无序诱导的量子格里菲斯奇异性揭示了...
疾病诱导的量子相变（QPT）的奇异性是2D超导体（2DSC）的关键问题。在超导系统中，发现无序的强度与涡旋固定能量有关，这与量子差异密切相关。但是，一项直接研究旨在阐明涡旋固定能量对2DSC中量子的奇异性的作用。在这里，人工2DDSC系统的设计是通过在2DELECTRONT GAS（2DEG）上随机沉积纳米群岛。量子差异性存在于石墨烯/PB-Islands-array混合体中，其中超导行为转变为垂直磁场引起的弱局部金属行为，并表现出与接近零温度的动态临界指数的关键行为。与观察到尖锐的QPT的石墨烯/SN-ISLAY-ARRAY混合的研究相比，从Arrhenius图中获得的涡流固定能量在石墨烯/PB-ISLANDS-rashay杂种中更大，这可能有助于量子gri-riffliflifliffli-riffliflifflifliffli-rifflifliffli-ths singularity。这项工作可以对2DSC中的QPT进行全面的解释。
通过学习Kraus操作员
我们通过使用KRAUS操作员学习过程表示，对离散和连续变量量子系统执行量子过程断层扫描（QPT）。Kraus形式确保重建过程是完全积极的。为了使过程跟踪保留，我们在优化过程中使用了所谓的Stiefel歧管上使用受约束的梯度 - 偏生（GD）方法，以获取Kraus oberators。我们的Ansatz使用几个Kraus操作员来避免直接估计大型过程矩阵，例如Choi矩阵，用于低级量子过程。GD-QPT匹配压缩 - 感应（CS）的性能和预测的最小二乘（PLS）QPT的基准测试中，具有两倍的随机过程，但是通过结合这两种方法的最佳功能来发光。类似于CS（但与PLS不同），GD-QPT可以仅从少量随机测量中重建一个过程，并且类似于PLS（但与CS不同），它也适用于更大的系统尺寸，最多可至少五个Qubits。我们设想，GD-QPT的数据驱动方法可以成为一种实用工具，可大大降低中等规模量子系统中QPT的成本和计算工作。
非线性对变形的Jaynes – Cummings模型的浆果相和热纠缠的影响
摘要。变形Jaynes – Cummings模型（JCM）在量子光学元件中具有物理重要性。因此，我们研究了非线性JCM，包括强度依赖性耦合常数和额外的KERR项。在温度t处，假定腔体在热平衡中，并具有热储存液。使用封闭的代数的发电机在限制情况下还原为SU（1，1）和Heisenberg – Weyl代数，并考虑总兴奋数为运动常数，Hilbert Space的总Hilbert Space分解为两个子空间。因此获得了特征值和相应的特征向量。我们得出了热密度矩阵，并使用消极措施分析了实现和热纠缠。此外，我们研究了非线性原子 - 场系统的浆果相，并探讨了非线性对量子相变（QPT）点和纠缠的影响。发现变形参数可以强烈影响实现，负性和QPT点。
光力学系统中的量子相变
在这封信中，我们研究了由耦合腔和机械模式组成的光力学系统的基态特性。当腔和机械频率之间的比率η倾向于无穷大时，给出了精确的解决方案。该解决方案通过打破连续或离散的对称性，表现出平衡量子相变（QPT），揭示了基态处于基态的连贯的光子占用。在U（1） - 破裂阶段，不稳定的金石模式可以激发。在具有Z 2对称性的模型中，我们在腔和机械模式的挤压真空之间的相互关系（在有限η）或单向（以η→∞中）的关系发现。尤其是，当腔沿所需的挤压参数挤压场驱动时，它可以修改Z 2破裂相的区域，并显着降低耦合强度到达QPTS。此外，通过将原子耦合到腔模式，混合系统可以在混合临界点处进行QPT，该点由光力学和光原子系统合作确定。这些结果表明，这种光力学系统补充了其他相变模型，以探索新的关键现象。