我们证明玻色子和费米子高斯态(也称为“压缩相干态”)可用其线性复结构 J 来唯一表征,该结构是经典相空间上的线性映射。这扩展了基于协方差矩阵的传统高斯方法,并提供了一个同时处理玻色子和费米子的统一框架。纯高斯态可以用兼容凯勒结构的三重 ( G , Ω , J ) 来识别,由正定度量 G、辛形式 Ω 和线性复结构 J 组成,其中 J 2 = − 1 。混合高斯态也可以用这样的三重结构来识别,但 J 2 ̸ = − 1 。我们应用这些方法来展示如何将涉及高斯态的计算简化为这些对象的代数运算,从而得到许多已知和一些未知的身份。我们将这些方法应用于研究(A)纠缠和复杂性、(B)稳定系统的动力学、(C)驱动系统的动力学。由此,我们编制了一份全面的数学结构和公式列表,以并排比较玻色子和费米子高斯态。
我们研究了使用由通过分束器发送的纯乘积态形成的纠缠态进行连续变量门隐形传态。我们表明,对于(通常)非幺正门,此类状态是 Choi 态,并且我们推导出隐形传态的相关 Kraus 算子,该算子可用于实现输入状态上的非高斯、非幺正量子操作。通过这一结果,我们展示了如何使用门隐形传态对使用 Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) 代码编码的玻色子量子比特进行纠错。该结果是在确定性产生的宏节点簇状态的背景下提出的,这些状态由恒定深度线性光学网络生成,并补充了 GKP 状态的概率供应。我们的技术的结果是,无需主动压缩操作即可实现门隐形传态和纠错的状态注入——这是量子光学实现的实验瓶颈。
玻色子模式在各种量子技术中有着广泛的应用,例如用于量子通信的光子、用于量子信息存储的自旋系综中的磁振子和用于可逆微波到光量子转导的机械模式。人们对利用玻色子模式进行量子信息处理的兴趣日益浓厚,其中电路量子电动力学(电路 QED)是其中的主要架构之一。量子信息可以编码到具有长相干时间的玻色子超导腔模式的子空间中。然而,标准的高斯运算(例如,光束分裂和双模压缩)不足以实现通用量子计算。主要的挑战是在高斯运算之外引入额外的非线性控制,而不会增加显著的玻色子损失或退相干。在这里,我们回顾了超导电路单个玻色子码通用控制的最新进展,包括幺正控制、量子反馈控制、驱动耗散控制和完整耗散控制。还讨论了纠缠不同玻色子模式的各种方法。2021 中国科学出版社。由 Elsevier BV 和中国科学出版社出版。保留所有权利。
▶ Aaronson 和 Arkhipov 的技术成果对于计算密钥消耗至关重要,但不需要玻色子采样的经典计算复杂性。 ▶ 我们超越了无碰撞机制 ▶ 使用可访问信息作为安全量化器——量子数据锁定 [8,9]。 ▶ 有界量子存储器:Eve 存储量子信息的时间不会超过有限(已知)的时间。
(2013)。 22. A. Zubarev,D. Dragoman,应用。物理。 Lett.104,183110(2014)。 23. A. Zubarev,D. Dragoman,J. Phys. D 47,425302(2014年)。 24. A. Zubarev,国际半导体会议(CAS)文集,109,罗马尼亚锡纳亚(2014 年)。 25. GJ Milburn、S.Schneider、DFV James、Fortschr。物理学 48, 801 (2000)。 26. UL Andersen, G. Leuchs, C. Silberhorn, 激光光子学评论4, 337 (2010)。 27. A. Zubarev、M. Cuzminschi、A. Isar,罗马学院院刊。第20、251页(2019年)。 28. A. Croitoru,I. Ghiu,A. Isar,Rom. Rep. Phys. 72,102 (2020年)。 29. M. Calamanciuc,A. Isar,Rom. J. Phys. 65,119 (2020年)。 30.X.-B. Wang,T. Hiroshima,A. Tomita,M. Hayashi,Phys.报告448,1(2007)。 31. V. H¨andchen、T. Eberle、S. Steinlechner、A. Samblowski、T. Franz、RF Werner 和 R. Schnabel, Nat.
2 平衡单粒子格林函数 9 2.1 格林函数的定义.....................................................................................................................................................................................................................................9 2.2 松原格林函数的性质....................................................................................................................................................................................................................................10 2.2.1 周期性和傅里叶级数....................................................................................................................................................................................................................10 . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................................................................................................................................................................................................. 17 2.4.1 莱曼表示.................................................................................................................................................................................................... 17 2.4.2 希尔伯特变换....................................................................................................................................................................................... 17 2.4.2 希尔伯特变换....................................................................................................................................................................................................... 17 20 2.4.3 松原频率求和....................................................................................................................................................................................................................20 2.5 2 粒子相关函数....................................................................................................................................................................................................................................................................21
光子量子信息处理是量子技术的主要平台之一 1 – 5,它主要依靠光量子干涉来产生不可或缺的有效光子 - 光子相互作用。然而,由于光子的玻色子性质 7 和传统酉光学元件的受限相位响应 8、9,这种有效的相互作用从根本上局限于聚束 6。在这里,我们提出并通过实验证明了非酉超表面实现的光量子干涉的新自由度。由于独特的各向异性相位响应产生了两个极端的本征操作,我们展示了对两个单光子有效相互作用的动态和连续控制,使得它们表现出玻色子聚束、费米子反聚束或任意中间行为,超出了它们固有的玻色子性质。这种量子操作为基础的量子光物质相互作用和用于量子通信、量子模拟和量子计算的创新光子量子装置打开了大门。超材料是一种具有亚波长元素的结构化材料,可以实现自然界中无法找到的波响应。通过定制超材料,人们已经展示了诸如负折射率、亚衍射成像和隐形斗篷等前所未有的特性 10 – 13 。超表面(二维超材料)使我们能够利用平面光学任意定制经典光的波前和传播 14 – 18 。同时,光子是极好的量子信息载体,因为它们具有长相干时间、室温稳定性、易于操纵和光速信号传输。使用单光子源、分束器、移相器和单光子探测器的量子光子学一直是量子计算、量子模拟和量子通信的主要平台之一 1 – 5 。因此,将超材料无与伦比的光控制与量子光学相结合,可以带来量子信息应用的全新可能性 19 – 22 。光子量子信息处理应用(如线性光学量子计算 1 、玻色子采样 23、24、量子行走 25 和量子通信 26)的核心操作单元是量子双光子干涉 (QTPI)。分束器是此量子操作的关键元素。当两个无法区分的单光子同时到达 50:50 分束器的两个输入端口时,QTPI 表现为洪-欧-曼德尔 (HOM) 效应 6 。在原始的 HOM 实验中,两个光子总是聚集在一起,并以相同的输出离开分束器
摘要。玻色子采样是一个计算问题,最近被提出作为获得明确量子计算优势的候选方案。该问题在于从线性干涉仪中不可区分的玻色子的输出分布中进行采样。有强有力的证据表明,这样的实验很难用经典方法模拟,但它可以通过专用的光子量子硬件自然解决,包括单光子、线性演化和光电检测。这一前景激发了大量的努力,从而导致实验性地实现越来越大的设备。我们回顾了光子玻色子采样的最新进展,描述了所取得的技术进步和未来的挑战。我们还讨论了原始问题变体的最新提议和实现、考虑缺陷时出现的理论问题,以及开发用于验证玻色子采样实验的合适技术的进展。最后,我们讨论了光子玻色子采样装置在原始理论范围之外的未来应用。
随着工业革命期间蒸汽机的广泛应用,热力学作为一门物理理论应运而生,它能够描述和优化这些设备的性能 [1]。虽然现代热力学已远远超出了其原有的范围,但热机仍然是研究热力学机制的经典系统。热机不仅具有明确的实际应用,而且还为研究系统热力学性质如何演变提供了一种范例——应用范围从生物过程、气候系统到黑洞 [2-4]。量子系统受固有涨落和明显的非平衡性影响,为应用热力学框架带来了新的挑战 [5]。尽管如此,量子热机 [5,6] 为以易于理解的方式研究量子系统中的热力学行为提供了天然的基础。例如,在等容冲程中,总能通过能量的变化找到热量,就像在等熵冲程中可以通过能量的变化找到功一样 [7]。这或许可以解释为何有大量研究试图通过利用量子资源来提高发动机性能,包括相干性[8-15]、测量效应[16]、压缩储层[17-19]、量子相变[20]和量子多体效应[15,21-23]。其他研究则探讨了量子热机与经典热机之间的根本区别[24–26]、有限时间循环[13、27、28]、利用捷径实现绝热[12、22、23、29–33]、非热状态下的操作[34、35]、非马尔可夫效应[36]、磁系统[37–42]、非谐势[43]、光机械实现[44]、量子点实现[38、40、42]、二维材料中的实现[38、41]、与量子系统耦合的经典引擎[45]、量子冷却[46、47]、相对论系统[48、49]、简并效应[ 39、50],以及