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World File Search System量子噪声
利用纳米粒子进行量子传感进行重量测定
摘要：继 2020 年首次演示冷却至量子基态的悬浮纳米球（U. Delić 等人，Science，第 367 卷，第 892 页，2020 年）之后，宏观量子传感器似乎即将问世。与其他量子系统相比，纳米球的质量较大，这增强了纳米粒子对引力和惯性力的敏感性。从这个角度来看，我们描述了光学悬浮纳米粒子实验的特点（J. Millen、TS Monteiro、R. Pettit 和 AN Vamivakas，“悬浮粒子的光力学”，Rep. Prog. Phys.，第 83 卷，2020 年，艺术编号 026401）及其在加速度传感方面的拟议用途。悬浮纳米粒子平台的独特之处在于它不仅可以实现量子噪声限制的传导，量子计量学预测其灵敏度将达到 10 − 15 ms − 2 量级（S. Qvarfort、A. Sera fini、PF Barker 和 S. Bose，“通过非线性光力学进行重力测量”，Nat. Commun.，第 9 卷，2018 年，文章编号 3690），而且可以实现长寿命量子空间叠加以增强重力测量。这遵循了开发利用叠加或纠缠的传感器（如冷原子干涉仪）的全球趋势。得益于这些现有量子技术的重大商业开发，我们讨论了将悬浮纳米粒子研究转化为应用的可行性。
光的量子状态无假设
测量光的噪声是在连续变量（CV）图片中提供光谱模式量子状态的信息的主要实验工具，其中使用了涉及电磁场的四足动物的可观察物。然而，由于在测量过程中缺乏相相一致性，因此访问它的常用过程既不提供两种模板光谱量子状态[1，2]的纯量子测量。测量混合物当前将光谱量子状态的忠实重建限制为那些具有光谱均匀能量分布和高斯统计的人，需要使用先验知识才能实现完整的重建[1]。对于这种特定类别的量子状态，可以实现对“有效”单模正交算子的纯量子测量[2]。两种模式光谱态测量已从量子噪声挤压的第一个实验证明中，是对光谱模式的三方纠缠的最新观察结果[3-9]。在最近的一个实验中实现了一个突破[10]，其中二级二阶矩形的四二阶段是通过强度测量与参数扩增相结合的。该方法允许直接观察到跨越55-THZ带宽的挤压。在其他测量情况下，还探索了用于非经典状态生成的参数放大器的这种组合，以及对状态的进一步阅读[11]，在干涉测量[12]中，传送方案[13]或计算提案[13]或计算提案[14]。
在限制量子错误缓解的限制
量子误差缓解已被提出，作为通过经典的多个量子电路的经典后处理结果来应对近期量子计算中不必要和不可避免的错误的手段。它以一种不需要或几个其他量子资源的方式来做到这一点，而耐心的方案与大型开销相比。误差缓解导致量子计算小方案的降噪。在这项工作中，我们确定了强大的限制，可以对较大的系统大小有效地“撤消”量子噪声的程度。我们首先提出一个正式的框架，该框架严格封装了大量有意义且实际应用的方案，以减轻量子误差，包括虚拟蒸馏，cli€ord数据回归，零噪声外推和概率误差取消。有了框架，我们的技术贡献是构建对噪声高度敏感的随机电路家族，从某种意义上说，即使在对数log（n）深度下，超越恒定的晶须也可以超过量子噪声，可以超过昂贵地将其输出迅速拼凑到最大混合状态。我们的结果呈指数收紧文献中用于误差的论点，但它们超出了这一点，但它们超越了：通过修改，我们的论点可以应用于量子机器学习的内核估计，或者可以计算出贫瘠的高原出现的深度，这意味着由于噪声而造成的噪声较小，因此在较小的噪声中，比较较小的探索。有一些经典算法在复杂性方面表现出相同的缩放。最后，我们的结果还说，必须对嘈杂的设备进行指数级的次数（在可观察到的轻度孔中的门数）以估计可观察到的期望值。虽然量子硬件中的启用将降低噪声水平，但如果使用错误缓解，则与经典算法相比，这只能导致指数时间算法具有更好的指数，从而对在这种情况下的指数量子加速有很大的障碍。
焦阿基诺·马西莫·帕尔马的简历
Massimo Palma，• 非平衡物理学的诸多方面：2019 年，国际研讨会。马扎拉德尔瓦洛，2019 年 7 月 7-12 日，导演：，Massimo Palma • Iqis18：第 11 届意大利量子信息科学会议，卡塔尼亚，2018 年 9 月 17-20 日，主席：Massimo Palma • 第 1 届波导 QED 研讨会，2018 年 6 月 4-8 日，意大利马扎拉德尔瓦洛，导演：Massimo Palma • 非平衡物理学的诸多方面：从多体理论到量子热力学，国际研讨会。马扎拉德尔瓦洛，2017 年 9 月 18-22 日，导演：，Massimo Palma • 量子光学到量子技术研讨会，2017 年 7 月 11-13 日，皇家学会，伦敦。顾问委员会：M.Palma • 第 10 届意大利量子信息科学会议（IQIS 2017）2017 年 9 月 12 日至 15 日，佛罗伦萨，科学委员会 M. Palma • 驯服量子噪声，国际研讨会。马扎拉德尔瓦洛 2016 年 9 月 5-9 日 主任：和 Massimo Palma • 第四届量子热力学会议，COST 行动 MP1209，量子机制中的热力学，Centro Ettore Maiorana，2016 年 5 月 8-13 日埃里切（意大利），组委会：GMPalma • 第六届意大利量子信息科学会议，科莫 2013 年 9 月 24-26 日，科学委员会，GMPalma • 国际研讨会“物理和信息科学中的量子纠缠” DeGiorgi 基金会，高等师范学校 2004 年 12 月 14-18 日，比萨 主任：和 GMPalma • “量子信息处理的进展：从理论到实验”，ESF 项目“量子信息理论和量子计算”第三届会议 Centro Ettore Majorana 埃里切，3 月 15-22 日2003 指导：G.Massimo Palma，• Scuola Internazionale“量子计算和量子信息理论” Fondazione ISI，Villa Gualino，都灵，1999， 指导：GMPalma • GNSM 国际工作坊“量子计算和介观系统” 比萨，Scuola Normale Superiore，Giugno 1998 指导： GMP帕尔马
TorchQuantum 稳健量子电路案例研究
摘要 量子计算因其在各个领域实现速度和效率根本提升的潜力而吸引了众多研究关注。在不同的量子算法中，用于量子机器学习 (QML) 的参数化量子电路 (PQC) 有望在当前的嘈杂中型量子 (NISQ) 机器上实现量子优势。因此，为了促进 QML 和 PQC 研究，最近发布了一个名为 TorchQuantum 的 Python 库。它可以构建、模拟和训练用于机器学习任务的 PQC，速度快且调试方便。除了用于机器学习的量子，我们还希望引起社区对相反方向的关注：用于量子的机器学习。具体而言，TorchQuantum 库还支持使用数据驱动的机器学习模型来解决量子系统研究中的问题，例如预测量子噪声对电路保真度的影响并提高量子电路编译效率。本文介绍了 TorchQuantum 中用于量子部分的机器学习的案例研究。由于估计噪声对电路可靠性的影响是理解和减轻噪声的重要步骤，我们建议利用经典机器学习来预测噪声对电路保真度的影响。受量子电路自然图形表示的启发，我们建议利用图形变换器模型来预测嘈杂的电路保真度。我们首先收集包含各种量子电路的大型数据集，并在嘈杂的模拟器和真实机器上获得它们的保真度。然后，我们将每个电路嵌入到具有门和噪声属性作为节点特征的图中，并采用图形变换器来预测保真度。我们可以避免指数级的经典模拟成本，并有效地估计具有多项式复杂度的保真度。在 5,000 个随机和算法电路上进行评估，图形变换器预测器可以提供准确的保真度估计，RMSE 误差为 0.04，平均比简单的基于神经网络的模型高出 0.02。它可以分别对随机和算法电路实现 0.99 和 0.95 的 R 2 分数。与电路模拟器相比，该预测器在估计保真度方面具有超过 200 倍的速度提升。数据集和预测器可以在 TorchQuantum 库中访问。1 简介
参数化量子电路的输入冗余
量子信息处理旨在利用量子物理现象进行数据处理。该领域始于 20 世纪 80 年代初 [ 1 , 2 ]，最近在构建可控量子力学系统方面取得的突破引发了该领域的爆炸式增长。构建量子计算机是一项艰巨的挑战，但设计算法同样艰巨，这些算法在量子计算机上运行后，能够利用专家们普遍认为量子计算在某些计算任务上优于传统计算的优势。一项特别引人注目的努力是利用近期的量子计算机，但它的缺点是尺寸有限，并且存在令人衰弱的量子噪声。过去几年，噪声中型量子 (NISQ) 计算机的算法设计领域一直在努力确定计算领域、采用量子信息处理的范例和商业用例，以便从构建可编程量子力学设备的最新进展中获益——尽管目前这些进展可能还很有限 [ 3 ]。人工智能 [ 3 , 4 ] 是近期可能实现量子优势的用例领域。这种希望最有可能出现在生成任务中：理论上已经证明，几种概率分布族允许量子算法从中有效地采样，而没有经典算法能够或已知能够执行该采样任务。玻色子采样可能是这些采样任务中最广为人知的，即使在有噪声的情况下这种优势似乎不会持续（参见 [ 5 ]）；在参考文献 [ 6 , 7 ] 中可以找到一些其他采样程序的示例。在可以通过操纵一个或多个参数来迭代改变的量子电路方面也取得了有希望的进展：Du 等人 [ 8 ] 考虑了所谓的参数化量子电路 (PQC)，发现它们也在生成任务中产生了理论优势。当强调非线性方面时，PQC 偶尔被称为量子神经网络 (QNN)（例如在 [ 9 ] 中），或称为变分量子电路 [ 10 ]。在本文中，我们坚持使用术语 PQC，但不考虑排除 QNN 或 VQC。
TCEM 路线图：SI 基础、基本测试和...
TCEM 路线图：SI 的基础、基本测试和量子测量 EMPIR 支柱：开发和服务于与计量相关的基础科学 触发因素：未来量子技术的发展和基础科学的开发需要新的（基于量子的）计量学。新科学将为计量学创造新的机会。当今的纳米技术可以访问量子效应控制设备功能的维度。这一发展创造了利用量子效应开发技术并实现新功能范式的机会，例如信息和通信技术中的量子密钥分发。与此同时，新的量子现象正在以越来越快的速度被发现，这拓宽了量子技术的基础。由于任何成功的工程工作都依赖于可靠的测量，因此需要新的基于量子的计量学来推进量子技术并利用基础科学的成果。计量学本身应基于不受时间和空间影响的通用标准。为此，SI 基本单位应与自然界的基本常数相联系。这种联系通过量子效应实现，可提供前所未有的准确性。为了进一步提高测量的灵敏度和准确性，基础科学将提供克服噪声限制和降低测量侵入性的策略。目标 1.根据 CIPM 建议实际实现 SI 单位的新定义 该目标侧重于实际实现千克、开尔文和安培的新定义，它们将分别与普朗克常数、玻尔兹曼常数和基本电荷相联系 1 。瓦特天平允许将质量追溯到普朗克常数。测量包括两个步骤。在称重阶段，质量上的重力与磁场中载流线圈上的磁力相平衡。在移动阶段，当同一线圈穿过磁场时，测量线圈中感应的电压。使用约瑟夫森和量子霍尔效应确定电压和电流。在理想情况下，磁场在两个阶段保持稳定，运动得到完美控制，设备的任何热漂移都可以忽略不计。改进的瓦特平衡实验将以更准确的方式解释与理想情况的任何偏差。然而，此外，更实用的设计将定期生成将质量与普朗克常数联系起来的数据。脉冲驱动的约瑟夫森电压标准提供基于量子的可编程电压瞬变，带宽为数十 kHz。它们可用于生成量子噪声测温的噪声信号，以实现基于玻尔兹曼常数的新定义的开尔文。安培与基于量子的单位系统中的基本电荷相关。一个概念上简单的实际实现是单电子电流源，它在固定驱动频率的每个周期产生整数个基本电荷。基于半导体和超导体技术，有前景的设备概念已经得到展示。
噪声量子通道中的Qudit状态
技术和理论进步使Qudit国家在量子信息和组合中必不可少。量子算法代表了现代量子信息理论领域中的一个突出应用，为计算加速度提供了经典系统不可能实现的潜力。一种实现量子算法的著名方法涉及创建特定类型的异常纠缠的图形状态。超图状态，也称为多部分纠缠状态或高阶纠缠状态，是量子状态，它们将纠缠概念扩展到钟形状态或图形状态中通常发现的成对相关性之外。他们提供了一个平台来概括最初针对Qubit状态的想法。因此，例如，Qudit状态已在量子传送[1-3]，量子计算[4 - 6]，量子步行[7 - 9]和量子状态转移[10-12]中发现了应用。量子系统始终受到与环境环境相互作用的噪声的影响[13]。因此，对在嘈杂条件下进化的Qudit国家动态的研究是一个相关问题，我们在这里进行了研究。Qudits是Qubits的较高维度概括，在量子科学和技术的几个领域中变得越来越重要[14，15]。噪声在任何物理系统中总是不可避免的现象。特别是量子噪声具有非常特殊的特征，其效果通过非可逆操作员表征。在本文中，我们专注于研究噪声如何影响量子状态。为了研究噪声对状态的影响，应了解相应的量子通道的特征。量子通道由适当的kraus操作员表示。保真度是对此有用的诊断。我们研究的量子通道是dit-Flip噪声，相位翻转噪声，DIT相相位噪声，去极化噪声，ADC（非马克维亚噪声），非马克维亚倾向噪声和非马克维亚去极化噪声[16，17]。这些通道最初被定义为适用于Qubit。dit-Flip噪声，相位翻转噪声，DIT相相翻噪声和去极化噪声被推广到[3]中的Qudit状态。遵循此方向，我们将Qudits上的ADC（非马尔可夫噪声），非马克维亚式Dephasing和非Markovian去极化噪声进行了推广。针对这些通道中的每个通道计算了原始状态和最终状态之间的忠诚度的分析表达。这有助于根据量子状态评估噪声的影响。连贯性是大多数
王宇欣——量子蒸汽朋克实验室
[3] G. Lee, T. Jin, Y.-X. Wang, A. McDonald, AA Clerk, 《无需测量或后选择即可实现互易性破缺引起的纠缠相变》 PRX Quantum 5, 010313 (2024)。[4] PC Jerger, Y.-X. Wang, M. Onizhuk, BS Soloway, MT Solomon, C. Egerstrom, FJ Heremans, G. Galli, AA Clerk, DD Awschalom, 《利用金刚石中单自旋的量子淬火相移检测自旋浴极化》 PRX Quantum 4, 040315 (2023)。[5] Q. Xu, G. Zheng, Y.-X. Wang、P. Zoller、AA Clerk 和 L. Jiang，具有压缩猫量子比特的自主量子纠错和容错量子计算，npj Quantum Inf. 9，78 (2023)。[6] A. Pocklington、Y.-X. Wang 和 AA Clerk，耗散配对相互作用：量子不稳定性、拓扑光和体积定律纠缠，Phys. Rev. Lett. 130，123602 (2023)。[7] Y.-X. Wang、C. Wang 和 AA Clerk，通过耗散规范对称性实现的量子非互易相互作用，PRX Quantum 4，010306 (2023)。[8] A. Pocklington、Y.-X. Wang、Y. Yanay 和 AA Clerk，利用局部耗散稳定费米子和量子比特的体积定律纠缠态，Phys. Rev. B 105，L140301 (2022)。[9] A. Seif、Y.-X. Wang 和 AA Clerk，区分量子和经典马尔可夫失相耗散，Phys. Rev. Lett. 128，070402 (2022)。[10] Y.-Y. Wang、S. van Geldern、T. Connolly、Y.-X. Wang、A. Shilcusky、A. McDonald、AA Clerk 和 C. Wang，低损耗铁氧体循环器作为可调手性量子系统，Phys. Rev. Applied 16 , 064066 (2021)。[11] Y.-X. Wang 和 AA Clerk, 本征和诱导量子猝灭用于增强基于量子比特的量子噪声光谱, Nat. Commun. 12 , 6528 (2021)。[12] Y.-X. Wang 和 AA Clerk, 非高斯量子噪声的光谱表征：Keldysh 方法及其在光子散粒噪声中的应用, Phys. Rev. Research 2 , 033196 (2020)。[13] Y.-X. Wang 和 AA Clerk, 量子系统中无耗散的非厄米动力学, Phys. Rev. A 99 , 063834 (2019)。[14] Y.-X. Wang、L.-Z. Mu、V. Vedral 和 H. Fan，纠缠 Rényi α 熵，物理学。修订版 A 93 , 022324 (2016)。