电路复杂性和成本的概念在量子计算和模拟中起着关键作用,它们捕获了实现幺正所需的(加权)最少门数。类似的概念在全息术研究中的高能物理学中也变得越来越突出。虽然纠缠的概念通常对量子电路复杂性和幺正的成本影响不大,但在本文中,我们讨论了一种简单的关系,即当状态的纠缠和幺正的成本都取小值时,基于量子门纠缠功率值如何相加的想法。这个界限意味着,如果纠缠熵随时间线性增长,那么成本也会线性增长。其含义有两方面:它提供了对短时间内复杂性增长的洞察。在量子模拟的背景下,它允许比较数字和模拟量子模拟器。主要的技术贡献是一个连续变量小增量纠缠界限。
我们对量子力学中出现的叠加、纠缠和测量等术语提出了一种新的解释。我们假设亚普朗克尺度量子系统的波函数结构具有确定性的循环结构。每个循环都包含构成给定波函数的本征态的连续序列。在对波函数进行幺正操作或测量之间,系统选择的当前本征态的顺序排列并不重要,但一旦选定,它将保持不变,直到另一个幺正操作或测量改变波函数。量子力学的概率方面是通过假设一种测量机制来解释的,该机制瞬时起作用,但测量时刻是由经典测量仪器在测量仪器启动后的一个很小但有限的时间间隔内随机选择的。在进行测量的瞬间,波函数不可逆转地坍缩到一个新状态(抹去一些过去的量子信息),并从此继续保持该状态,直到被幺正运算或新的测量所改变。
研究了具有不确定因果顺序的切换量子通道,用于受量子热噪声影响的量子比特幺正算子相位估计的基本计量任务。报告显示,不确定顺序的切换通道具有特定功能,而传统的确定顺序估计方法则无法实现这些功能。相位估计可以通过单独测量控制量子比特来执行,尽管它不会主动与幺正过程交互 - 只有探测量子比特会这样做。此外,使用完全去极化的输入探针或与幺正旋转轴对齐的输入探针可以进行相位估计,而这在传统方法中是不可能的。本研究扩展到热噪声,之前已使用更对称和各向同性的量子比特去极化噪声进行了研究,它有助于及时探索与量子信号和信息处理相关的具有不确定因果顺序的量子通道的属性。
5.1 发射范围··············································· ···· 1
摘要:我们提出了一种基于广义量子主方程 (GQME) 方法的量子算法,用于在嘈杂的中型量子 (NISQ) 计算机上模拟开放量子系统动力学。该方法通过为任何简化密度矩阵元素子集提供运动方程的严格推导,克服了林德布拉德方程的局限性,该方程假设弱系统 - 浴耦合和马尔可夫性。剩余自由度的影响产生的记忆核用作输入来计算相应的非幺正传播子。我们展示了如何使用 Sz.-Nagy 膨胀定理将非幺正传播子转换为高维希尔伯特空间中的幺正传播子,然后可以在 NISQ 计算机的量子电路上实现。我们通过分析当子集限制为简化密度矩阵的对角元素时量子电路深度对结果准确性的影响来验证我们的量子算法应用于自旋玻色子基准模型。我们的研究结果表明,我们的方法在 NISQ IBM 计算机上产生了可靠的结果。
量子计算于大约 30 年前引入并理论化,但目前仍处于起步阶段:当前的技术设备只能处理几个量子比特。然而,这种新的计算范式显示出巨大的前景,潜在的应用范围从高性能计算 [8] 到机器学习和大数据 [9]。量子算法通常通过量子电路来描述,即一系列符合硬件技术特性的基本运算。量子计算的数学形式是 (有限维) 希尔伯特空间理论:量子电路表示为幺正算子 [16],与执行算法的机器支持无关。因此,建立以矩阵描述的幺正算子和以电路描述的幺正算子之间的联系是至关重要的,哪怕只是为了更好地理解如何设计新算法。从电路中获取矩阵可以通过在量子硬件上运行电路(加上一些断层扫描)或通过在经典计算机上进行模拟来完成 [ 2 , 24 ]。从矩阵中获取电路更为复杂,属于更普遍的问题,称为量子编译,即如何将以未知形式描述的量子算子转换为目标