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量子模拟中的实用量子优势
注意：该版本的文章已经通过同行评审（如适用）并被接受发表，并受 Springer Nature 的 AM 使用条款约束，但不是记录版本，不反映接受后的改进或任何更正。记录版本可在线获取：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04940-6 量子计算在多种技术和平台上的发展已经达到了在解决人工问题方面优于传统计算机的程度，这一程度被称为“量子优势”。作为这项技术发展的下一步，现在重要的是讨论实用的量子优势，即量子设备将解决传统超级计算机无法处理的实际问题。量子计算机许多最有前景的短期应用都属于量子模拟的范畴：模拟与现代材料科学、高能物理和量子化学直接相关的微观粒子的量子特性。这将影响一些重要的实际应用，例如开发电池材料、工业催化或固氮。就像空气动力学可以通过数字计算机或风洞中的模拟来研究一样，量子模拟不仅可以在未来的容错数字量子计算机上执行，而且现在也可以通过专用模拟量子模拟器执行。在这里，我们概述了量子模拟的现状和未来前景，认为在模拟设备的专门应用的情况下已经存在第一个实用的量子优势，而全数字设备则开辟了全方位的应用，但需要进一步开发容错硬件。当今存在的混合数模设备已经为近期的应用提供了巨大的灵活性。
量子计算和量子机学习
“就像人工智能在早期一样，量子计算的声誉受到了巨大的承诺和几乎没有具体结果的损害。对量子计算机的谈论通常是由多项式时间解决方案的承诺和其他这种令人难以置信的对盲人乐观的吸引力的承诺。”
从量子网络到量子互联网
量子互联网是量子信息处理的圣杯，可以在全球范围内部署广泛的量子技术和协议。但是，在量子互联网成为现实之前，必须应对许多挑战。也许其中最关键的是实现量子中继器，这是量子信息长距离传输的重要组成部分。作为经典中继器，扩展器或助推器的类似物，量子中继器致力于克服构成量子网络的量子通道中的损失和噪声。在这里审查了量子中继器的概念框架和体系结构，以及朝着实现的实验进步。还讨论了通过点对点量子通信来克服对通信率的限制的各种近期建议。最后，概述了量子中继器在设计和实施量子互联网的更广泛挑战中的方式。
量子计量的量子信息技术
量子计量学是量子信息领域的一门新兴学科，目前正在经历一系列实验突破和理论发展。量子计量学的主要目标是尽可能准确地估计未知参数。通过使用量子资源作为探针，可以达到使用最佳经典策略无法实现的测量精度。例如，对于相位估计任务，最大精度（海森堡极限）是最佳经典策略精度的二次方增益。当然，量子计量学并不是目前正在取得进展的唯一量子技术。本论文的主题是探索如何在适当的情况下使用其他量子技术增强量子计量学，即：图状态、纠错和加密。图状态是量子信息中非常有用且用途广泛的资源。我们通过量化图状态对相位估计量子计量任务的实用性来帮助确定图状态的全部适用范围。具体而言，图状态的效用可以根据相应图的形状来表征。据此，我们设计了一种方法，将任何图状态转换为更大的图状态（称为捆绑图状态），该图状态近似饱和海森堡极限。此外，我们表明，图状态是一种抵抗噪声影响的稳健资源，即失相和少量擦除，并且量子克拉美-罗界限可以通过简单的测量策略饱和。噪声是量子计量学的最大障碍之一，限制了其可实现的精度和灵敏度。已经证明，如果环境噪声与量子计量任务的动态可以区分，那么可以频繁应用误差校正来对抗噪声的影响。然而在实践中，目前的量子技术无法达到保持海森堡精度所需的误差校正频率。我们通过考虑技术限制和障碍来探索纠错增强量子计量的局限性，由此我们建立了在存在噪声的情况下可以保持海森堡极限的机制。全面实施量子计量问题在技术上要求很高：必须以高保真度生成和测量纠缠量子态。在缺乏所有必要的量子硬件的情况下，一种解决方案是将任务委托给第三方。这样做自然会出现一些安全问题，因为可能存在恶意对手的干扰。我们解决了
量子场论中的量子信息和……
量子信息为量子场论框架提供了一个强大的新视角，该框架与能量尺度、场内容、对偶框架等无关，因此以与传统量（如关联函数和散射振幅）根本不同的方式贯穿物理现象的空间。纠缠和复杂性等概念为量子场论的许多方面提供了宝贵的新见解，包括关联、对称性、RG 流、相、传输和热化。此外，尽管人们常说我们的时空和引力理论与量子理论存在矛盾，但最近的发展表明时空和引力实际上来自复杂的量子信息模式。这种新的量子信息视角还带来了经典模拟的新方法、量子模拟的新可能性以及与多体物理学及其他领域的许多联系。相反，量子
从量子计算到量子通信
一方使用传统技术，然后通过光纤电缆使用纠缠光子将密钥逐位发送给乙方。乙方测量一些纠缠光子以确定他们是否拥有正确的密钥。如果任何人或任何事物干扰了密钥的生成或传输，那么纠缠光子的相关性将发生变化（例如从正变为负），密钥将失效。通信是安全的，因为发送者和接收者各自随机选择他们的测量基，并且只有当他们选择相同的测量基时，结果才会对密钥有效，他们只使用一次。传输中仍然可能存在错误，但可以计算预期的错误率并估计是否有黑客入侵的企图。发送者和接收者还可以多次重复传输加密密钥，直到他们确定密钥的传输是安全的。8,9
关联量子物质和量子信息
标题：关联量子物质和量子信息 名字：Laurent 姓：Sanchez-Palencia 实验室：CPHT 电子邮件：lsp@cpht.polytechnique.fr 网页：https://www.cpht.polytechnique.fr/cpht/uquantmat/ 研究领域：量子科学与技术（初级）、凝聚态物理学 方法：量子场论、量子信息方法、量子蒙特卡罗、张量网络方法 博士课程主题：该小组对关联量子物质的动力学进行理论研究，涉及超冷原子、量子光学和量子模拟。我们的工作旨在表征物质的新量子相和量子相变，了解量子传输以及关联量子物质中的非平衡动力学。我们还对量子信息论在凝聚态中的应用感兴趣。为此，我们开发了分析和数值方法。博士课程研究员将参与正在进行的项目之一，该项目要么是奇异量子材料的表征和量子模拟，要么是将量子信息方法应用于关联量子模型。下图说明了具有长程相互作用的关联量子系统中的信息传播。有关更多信息，请查看我们的研究网页 https://www.cpht.polytechnique.fr/cpht/uquantmat/ ！
量子距离到不可控性和量子速度......
就像我们日常使用的计算机一样，普适性——原则上运行任何算法的能力——是量子计算的核心概念。在当前证明普适性的竞赛中，以及在更大的系统中首次成功报告普适性[1]，这一点比以往任何时候都更加真实。人们经常争论[2]，普适性本身就是普遍的，例如几乎所有系统都是普适的，如果不是，稍微改变一下参数就会变成普适的。即使在嘈杂的系统中也是如此，在这种系统中，普适性需要与错误校正相结合。然而，我们认为，这还有另一面：如果任何非普适系统接近普适系统，那么许多普适系统也危险地接近非普适系统。那么普适性可能是不稳定的或低效的。事实上，大自然似乎不愿探索高维动力学[3]，而简单的非普适系统往往是很好的近似值。致力于设计量子光学中的弱非线性、超导系统中的弱非谐性或避免固态系统中的光谱拥挤的实验物理学家非常清楚这些限制。在这里，我们将这种直觉放在一个精确的框架中，我们称之为可控性的量子距离，并展示它与一个众所周知的难以计算但独立有趣的量的关系：量子速度极限 [4–6]。值得指出的是，有许多不同的速度极限，一些用于状态变换，一些用于幺正变换；一些用于不受控动力学，一些用于受控动力学，请参阅 [4] 中的综述。我们在这里关注的是系统的受控演化。
用于量子中继器的量子点技术
摘要 实现功能性量子中继器是长距离量子通信的主要研究目标之一。在目前采用的不同方法中，依赖于与确定性量子发射器接口的量子存储器的方法被认为是最有前途的解决方案之一。在这项工作中，我们专注于实现基于存储器的量子中继器方案的硬件，该方案依赖于半导体量子点 (QD) 来产生偏振纠缠光子。通过研究与光子源效率最相关的性能指标，我们选择了制造、加工和调谐技术方面的重大发展，旨在将高纠缠度与按需对生成相结合，特别关注 GaAs 系统代表性案例中取得的进展。我们继续提供与量子存储器集成的观点，既强调了自然-人工原子接口的初步工作，也评论了目前可用且可能可行的多种存储器解决方案（在波长、带宽和噪声要求方面）。为了完成概述，我们还介绍了基于纠缠的量子通信协议的最新实现，并强调了实际量子网络实现面临的下一个挑战。
重力，量子场和量子信息
近年来，越来越多的论文试图在讨论工具和量子信息理论的观点上对与重力相关的问题进行讨论，通常是在替代量子理论的背景下。在本文中，我们指出了此类治疗中的三个常见错误或不一致。首先，我们表明，信息通道介导的相互作用的概念通常不等于量子场理论对相互作用的处理。用来描述重力时，该概念可能导致与一般相对论的不一致。第二，我们指出，通常不能用经典的随机来源代替一个Quantumfien，也不能通过经典的噪声模拟量子闪烁的影响，因为在这样做的重要量子特征（例如相干性和纠缠等重要的量子）中。第三，我们解释了如何在特定条件下半古典和随机理论从其量子起源提出，并在某些感兴趣的制度中发挥作用。