摘要 众所周知,量子态的 Wigner 函数可以取负值,因此它不能被视为真正的概率密度。在本文中,我们研究了在相空间中寻找扩展到负 Wigner 函数的熵类函数的难度,然后主张定义与任何 Wigner 函数相关的复值熵的优点。这个量,我们称之为复 Wigner 熵,是通过在复平面上对 Wigner 函数的 Shannon 微分熵的解析延拓来定义的。我们表明,复 Wigner 熵具有有趣的特性,特别是它的实部和虚部在高斯幺正(相空间中的位移、旋转和压缩)下都是不变的。当考虑高斯卷积下 Wigner 函数的演化时,它的实部在物理上是相关的,而它的虚部仅与 Wigner 函数的负体积成正比。最后,我们定义任何维格纳函数的复值费希尔信息,当状态经历高斯加性噪声时,它与复维格纳熵的时间导数相关联(通过扩展的德布鲁因恒等式)。总的来说,预计复平面将为分析相空间中准概率分布的熵特性提供一个适当的框架。
量子混沌本质上很难表征。因此,多体系统中量子混沌的精确定义仍然难以捉摸,我们对量子混沌系统动力学的理解仍然不够充分。这种理解的缺乏是理论物理学中许多未解决的问题的核心,例如量子多体系统中的热化和传输,以及黑洞信息丢失。它也促使从凝聚态物理学到量子引力等各个物理学分支对量子混沌重新产生兴趣[1]。另一方面,混沌经典系统的特点是它们对初始条件的敏感依赖性:在几乎相同的初始状态下准备的两个这样的系统副本(即相空间中相隔非常小距离的两个不同点),将随着时间的推移演变成相距很远的配置。更准确地说,相空间中两点之间的距离随着
我们修改了 R´enyi (1961) 熵公理,使其适用于负(“带符号”)测度,例如,在量子力学的相空间表示中。我们获得了有关系统的两个新信息(缺乏)测度,我们分别将其作为经典香农熵和经典 R´enyi 熵的带符号类似物。我们表明,带符号的 R´enyi 熵见证了系统的非经典性。具体而言,当且仅当带符号的 R´enyi α -熵对某个 α > 1 为负时,测度才具有至少一个负分量。相应的非经典性测试不适用于带符号的香农熵。接下来,我们表明,当 α 为偶数正整数时,带符号的 R´enyi α -熵是 Schur 凹的。(一个例子表明带符号的香农熵不是 Schur 凹的。)然后,我们为带符号测度建立了一个抽象的量子 H 定理。我们证明,在有符号测度的经典(“去相干”)演化下,参数化的有符号 R'enyi 熵家族的成员不减少,其中后者可以是 Wigner 函数或量子系统的其他相空间表示。(示例显示有符号 Shannon 熵可能是非单调的。)我们最终得出一个结论,即从有符号概率开始的相空间演化在有限的时间长度后何时变为经典。
同步是非线性物理学中的一个重要概念。在大量系统中,可以长时间观察到正弦激励。在本文中,我们设计了一种瞬态非正弦驱动,以更快地达到同步状态。我们举例说明了一种逆向工程方法,以解决经典范德波尔振荡器上的这一问题。这种方法不能直接转移到量子情况,因为系统在相空间中不再是点状的。我们解释了如何通过迭代过程调整我们的方法来解释相空间中有限尺寸的量子分布。我们表明,根据轨迹距离,由此产生的驱动会产生一个接近同步矩阵的密度矩阵。我们的方法提供了一个快速控制非线性量子系统的例子,并提出了在存在非线性的情况下量子速度极限概念的问题。
图1:通过Elvim可视化的模拟结构的构象相空间。(a)投影中存在的不同种类,蓝色为aβ-40,红色的β-42和绿色的aβ-40突变体。(b)每个构象作为回旋半径的函数,其最显着的构象o周围显示每个区域。
GKP 码在连续变量 (CV) 量子系统的位移相空间梳中编码量子比特,可用于校正各种高权重光子误差。在这里,我们提出了单模 CV GKP 码的原子集合类似物,通过使用量子中心极限定理将 CV 系统的相空间结构拉回到量子自旋系统的紧凑相空间。我们使用分集组合方法计算通道保真度,研究了这些代码在由随机松弛和各向同性弹道失相过程描述的误差通道下的最佳恢复性能。我们发现自旋 GKP 码优于其他自旋系统代码,例如 cat 码或二项式码。我们的基于双轴反扭曲相互作用和 SU(2) 相干态叠加的自旋 GKP 码是有限能量 CV GKP 码的直接自旋类似物,而我们基于单轴扭曲的代码尚未有经过充分研究的 CV 类似物。提出了一种自旋 GKP 码的状态准备方案,该方案使用幺正方法的线性组合,适用于 CV 和自旋 GKP 设置。最后,我们讨论了用于自旋 GKP 编码量子比特的量子计算的容错近似门集,该门集是通过使用量子中心极限定理从 CV GKP 设置转换门而获得的。
摘要:我们考虑具有正宇宙常数并与具有大正中心电荷的共形场论耦合的二维量子引力。我们研究经典和量子层面的宇宙学特性。我们对经典相空间进行了完整的 ADM 分析,揭示了一类弹跳或大爆炸/压缩类型的宇宙学。在量子层面,我们精确地求解了 Wheeler-DeWitt 方程。在半经典极限中,我们将 Wheeler-DeWitt 状态空间与经典相空间联系起来。确定了 Hartle-Hawking 和 Vilenkin 类型的波函数,并发现了弹跳时空的量子版本。我们从类时间刘维尔理论的圆盘路径积分中检索了 Hartle-Hawking 波函数。为此,我们必须在复杂场空间中选择一个特定的轮廓。讨论了大爆炸宇宙学的量子信息内容,并将其与通过二球面引力路径积分计算出的德西特视界熵进行了对比。
该组的主要活性涉及开发量子光学测量技术,例如测量光子数噪声或相空间分布。重点是加快测量和数据分析,以便实时数据获取和反馈成为可能。实时量子光学测量在光谱,粒度确定,材料科学,光子学和量子通信中具有显着的应用潜力。
两个量子比特门对于通用量子计算至关重要。对于 Gottesmann-Kitaev 和 Preskill 状态,可以使用光学元件(例如压缩器和分束器)实现像 CZ 和 CNOT 这样的两个量子比特门。然而,它们是为理想化的 GKP 码字设计的,因此在现实环境中会出现有限能量效应。在本文中,我们将提供量化相空间中 GKP 状态中这些有限能量效应的方法。我们将明确计算应用逻辑 CZ 之前和之后计算基础状态的波函数变化。我们观察到 CZ 门在相空间中所有错误都发生在 p 正交中,而 q 正交保持不变。充分了解 CZ 门引起的错误将允许设计精确的纠错方案来纠正错误。我们给出了 GKP CZ 门的新型近似方案,并将其与 GKP CNOT 门的现有方案进行比较。最后,我们将研究纠正有限能量效应的误差修正方案。
1949 年,Moyal 发表了论文 [1],展示了通过 Weyl 对应 [2],人们能够将量子力学发展为相空间中的函数理论,该函数根据“扭曲”或 Moyal 积组成,其状态由其 Wigner 函数表示 [3]。自那以后,人们认为将这种形式主义扩展到非相对论性无自旋粒子领域之外很有用。自旋粒子的情况一度似乎特别麻烦。事实上,Stratonovich [4] 早期对自旋情况的建议包含了 Moyal 自旋理论的种子,最近已被证明 [5]。在本文中,我将 [5] 的主要思想发展为一种通用方法,我称之为“Stratonovich-Weyl 对应”,将基本经典系统与具有相同不变群的基本量子系统联系起来。 Moyal 公式的基本性质,即量子期望值应通过对相空间进行积分来“经典地”计算,事实证明,这一性质(与群协方差一起)足以识别许多不变群的扭曲乘积(以及符号演算)。文中给出了一些例子来说明 Stratonovich-Weyl 对应如何适用于“普通”Weyl 演算、纯自旋、庞加莱盘量化和伽利略旋转粒子。