Realizable Hamiltonians for Universal Adiabatic Quantum Computers
已经建立了局域晶格自旋哈密顿量可以用于通用绝热量子计算。然而，在这些证明中使用的2-局部模型哈密顿量是通用的，因此不限制自旋之间所需的相互作用的类型。为了解决这个问题，本文提供了两个简单的模型哈密顿量，是对实现通用绝热量子计算机的实验工作者的实际利益。所提出的模型哈密顿量是已知的最简单的QMA-完全2-局部哈密顿量。具有1-局域横场的2-局域伊辛模型可能是最简单的量子自旋模型，但不太可能是绝热量子计算的通用模型。我们证明，这个模型可以呈现出普遍性和QMA完成通过添加一个可调的2本地横向XX耦合。我们还证明了只有1-局域Z和X场以及2-局域ZX相互作用的自旋模型的普适性和QMA完备性。
2008-06-17 quant-ph
Adiabatic computing using 2-local Hamiltonians on a line
在这里，我们考虑量子粒子线在最近邻2-局域哈密顿量下的功率。目前，已经表明8态粒子足以用于通用绝热计算。我们改进了这个结果，证明了7态粒子是足够的。
2013-12-06 quant-ph
Translationally-Invariant Universal Quantum Hamiltonians in 1D
最近的工作已经严格地描述了一个量子系统模拟另一个量子系统意味着什么，并证明了普遍哈密顿的存在-简单的自旋晶格哈密顿可以复制任何其他量子多体系统的整个物理。以前的普遍性结果需要证明涉及复杂的'链'的微扰'小工具'。在本文中，我们得到了一个显着更简单和更强大的方法来证明哈密顿量的普适性，直接利用量子计算编码到基态的能力。这为普遍模型的起源提供了新的见解，并暗示了普遍性和复杂性之间的深刻联系。我们应用这种新的方法表明，有普遍的模型，即使在一维自旋链的几何不变。这给出了一个新的哈密顿复杂性结果，即具有指数小承诺间隙的一维自旋链的局部哈密顿问题是PSPACE完备的。最后，我们使用这些新的通用模型，构建了第一个已知的玩具模型的2D-1D全息对偶之间的本地哈密顿。
2021-10-25 quant-ph
Universal quantum dynamics from two 2-local Hamiltonians
在本文中，我们证明了在n个量子比特上的两个2-局域哈密顿算子之间全局切换的能力足以在这n个量子比特上实现普适的幺正动力学。在构造中使用的两个哈密顿量中，一个是由一维链上最近邻的两量子比特相互作用组成的，另一个是由单量子比特相互作用组成的。我们描述了一种选择开关时间的方案，以便在n个量子位上生成任意的一个和两个量子位门。然而，开关方案是低效的，我们离开作为一个开放的问题，是否可以利用一个有效的方式的哈密顿的普遍性。
2008-01-29 quant-ph
Universal quantum computation and simulation using any entangling Hamiltonian and local unitaries
什么样的相互作用足以模拟复合量子系统中的任意量子动力学？我们提供了一个有效的算法来模拟任何所需的两体哈密顿演化使用任何固定的两体纠缠n量子比特哈密顿量和本地幺正。因此，可以使用任何纠缠相互作用和局域幺正操作来执行通用量子计算。
2001-07-27 quant-ph
Hamiltonian of Homonucleus Molecules for NMR Quantum Computing
推导了同核分子作为计算源的核磁共振量子计算在旋转坐标系下的哈密顿量。由此得到的哈密顿量不同于文献中出现的常规哈密顿量。结果表明，设计用于异核自旋的控制脉冲可以通过简单地用具有适当选择的脉冲宽度的软脉冲代替硬脉冲而转化为同核自旋的脉冲。为了证明我们的哈密顿量的有效性，我们进行了几个实验，采用胞嘧啶作为同核分子。所有的实验结果表明，我们的哈密顿量准确地描述了自旋的动力学，而传统的哈密顿量失败。最后，我们使用我们的哈密顿量精确控制场的不均匀性补偿与一对$π$脉冲。
2005-03-18 quant-ph
Universal Translationally-Invariant Hamiltonians
在这项工作中，我们扩展的概念，普遍的量子哈密顿量的设置的几何不变系统。我们提出了一种结构，允许一个二维自旋晶格与最近邻相互作用，开放的边界，平移对称模拟任何本地目标哈密顿-即复制其低能量子空间内的整个目标系统的任意高精度。由于这意味着能够模拟具有非几何不变耦合的非几何不变多体系统，因此任何效应，例如通常与具有外部无序的系统相关联的特性，例如多体局域化，也可以发生在几何不变系统的低能希尔伯特空间扇区内。然后，我们勾画了一个变体的通用晶格结构优化模拟的几何不变的目标哈密顿。最后，我们证明了嵌入在$\mathbb{R}^D$中的由相互作用强度不同的海森堡或XY相互作用组成的量子比特哈密顿量是普适的，并且可以有效地模拟$\mathbb{R}^D$中的任何几何局域哈密顿量.
2020-01-22 quant-ph
Quantum approximate optimization is computationally universal
量子近似优化算法（QAOA）是将两个哈密顿量交替应用于一个量子系统。该算法的最初目标是驱动系统接近其中一个哈密顿量的基态。本文表明，相同的交替过程可以用于执行通用量子计算：应用哈密顿量的时间可以编程，以给出计算上的通用动力学。所需的哈密顿量可以简单到一维量子位线上的单量子位泡利X和双局域ZZ哈密顿量的齐次和。
2018-12-28 quant-ph
Universal time scaling for Hamiltonian parameter estimation
时间是一种宝贵的资源，似乎直观的是，更长的时间应该导致更好的精度在哈密顿参数估计。然而，最近的研究对这种直觉提出了质疑，表明在某些情况下，更长的时间甚至可能导致更差的估计。在这里，我们表明，直觉可以恢复，如果相干反馈控制。通过导出渐近最优反馈控制，我们给出了反馈控制在哈密顿参数估计中所能提供的最大改进的量化，并给出了在最优反馈方案下哈密顿参数估计精度极限的普遍时间尺度。
2015-03-24 quant-ph
Quadratic fermionic interactions yield effective Hamiltonians for adiabatic quantum computing
多项式大的基态能隙在多体量子系统中很少见，但在绝热量子计算中很有用。我们分析表明，差距是一般多项式大的二次费米子哈密顿。证明了绝热量子计算可以在多项式时间内实现具有一定随机相互作用的哈密顿量的基态，以及一维、二维和三维费米子相互作用晶格的基态.最后，我们使用的乔丹-维格纳变换和自旋3/2粒子的相关变换表明，我们的结果可以用自旋算符在一个令人惊讶的简单的方式重述。一个直接的结果是，使用绝热量子计算可以在多项式时间内找到一维团簇态。
2008-08-13 quant-ph
Hamiltonians for Quantum Computing
我们认为，量子计算的模拟性质使得通常的设计方法，从许多简单的门构造复杂的逻辑运算不合适。相反，我们建议设计多自旋量子门，其中的输入和输出的两个状态系统（自旋）不一定是相同的。我们概述了这种设备的设计标准，然后审查最近的结果，单单位哈密顿完成的非和异或功能。
1997-05-13 quant-ph
Universal simulation of Hamiltonian dynamics for qudits
什么样的相互作用足以模拟复合量子系统中的任意量子动力学？Dodd等人（quant-ph/0106064）以有效算法的形式提供了该问题的部分解决方案，该算法使用任何固定的两体纠缠N量子比特哈密顿量和局域幺正来模拟任何期望的两体哈密顿量演化。我们将这一结果推广到组分系统具有D维的情况。因此，我们解释了如何通用的量子计算可以执行任何固定的两体纠缠N量子哈密顿量，和本地幺正。
2002-05-31 quant-ph
Encoded Universality for Generalized Anisotropic Exchange Hamiltonians
我们推导出一个编码的普遍性表示的广义各向异性交换哈密顿量，其中包含交叉产品的条款，除了通常的两粒子交换条款。利用最近发展起来的代数方法，证明了一个逻辑量子比特的最小普适性生成编码是基于三个物理量子比特的。我们展示了如何生成单量子比特和双量子比特操作的逻辑量子比特，使用适当的定时共轭运算来自分析的换向器代数。的操作的时间被认为是至关重要的，在允许简化的门序列的广义哈密顿量的形式类似于先前推导的对称（XY）各向异性交换哈密顿量。控制Z门到局部变换所需的操作总数为5。提出了一种可扩展的体系结构。
2002-04-04 quant-ph
Time Independent Universal Computing with Spin Chains: Quantum Plinko Machine
我们提出了一个利用XY海森堡自旋链进行普适量子计算的方案。信息被编码成沿着这些链传播的数据包，它们相互作用以执行通用量子计算。在m个量子位上使用g个门块的电路可以被编码成长度为$O(g^{3+δ} m^{3+δ})$的链，对于所有$δ>0$，误差非常小。
2016-01-05 quant-ph
A 2 rebit gate universal for quantum computing
在电路模型中，我们展示了如何使用仅具有实振幅的状态（量子图灵机模型中已知的结果）有效地执行任何量子计算。这使我们能够识别一个2-qubit（实际上是2-rebit）门，它对于量子计算是通用的，尽管它不能用于执行任意的幺正变换。
2002-10-27 quant-ph
Twirling and Hamiltonian Engineering via Dynamical Decoupling for GKP Quantum Computing
引入了一种能量约束的近似旋转操作，可以用来对角化GKP量子纠错中的有效逻辑通道，将状态投影到GKP码空间中，并构造了一个具有快速位移脉冲的动态解耦序列，从一个合适的衬底哈密顿量中提取出GKP稳定器哈密顿量。后者由包括与约瑟夫森结并联的超电感的LC振荡器给出。该平台原则上允许受保护的GKP量子计算，而无需通过动态地生成“被动”稳定的GKP量子位来进行显式稳定器测量或状态重置。
2021-01-29 quant-ph
Fast Universal Quantum Computation with Railroad-switch Local Hamiltonians
我们提出了两个通用的量子计算模型与时间无关，挫折免费的哈密顿量。第一种构造使用3-本地（量子位）投影仪，第二种构造仅需要2-本地量子位-量子群投影仪。我们建立在费曼的哈密顿计算机的想法，并使用铁路开关类型的时钟寄存器。在该模型中，模拟具有L个门的量子线路所需的资源是O（L）个小维量子系统（量子比特或量子位），由O（L）个局部、常数范数、投影项组成的与时间无关的哈密顿量，准备计算基乘积态的可能性，运行时间O（L log^2 L），以及在计算基中测量几个量子比特的可能性。我们的模型也给出了3-局域绝热量子计算普适性的一个简化证明。
2009-09-30 quant-ph
Universal quantum computing with nanowire double quantum dots
我们提出了一种利用纳米线双量子点的单线态和三线态耦合到一维传输线谐振器来实现通用量子计算的方法。该方法具有抑制自旋量子位的自发发射、提高自旋量子位寿命、强耦合和非破坏性测量等优点，在量子计算和量子控制方面都具有重要的应用价值。我们分析了所有所需操作的性能和稳定性，并强调所有技术都是可行的，目前的实验技术。
2011-01-13 quant-ph
Universal quantum computing based on monodromy representations
基于具有非平凡拓扑的基上全纯向量丛上的单值群的联络性质，提出了一个量子计算模型。这种具有所需性质的连接出现在WZW模型中，而且其中相应的n点关联函数是关于连接全纯的适当丛的部分。
2002-04-25 quant-ph
Quantum computational universality of hypergraph states with Pauli-X and Z basis measurements
基于测量的量子计算是最有前途的量子计算模型之一。虽然目前已经提出了各种各样的普适资源态，但对于普适测量量子计算及其验证，是否只有两个泡利基是足够的，还没有定论。在本文中，我们构造了一个通用超图状态，只需要$X$和$Z$ -基测量的通用测量为基础的量子计算。我们还表明，我们的超图状态的通用测量为基础的量子计算可以在多项式时间内验证，仅使用$X$和$Z$的基础测量。此外，为了证明我们的超图状态的优势，我们构建了一个可验证的盲量子计算协议，只需要$X$和$Z$为客户端的基础测量。
2019-09-22 quant-ph
Gapped Two-body Hamiltonian whose Unique Ground State is Universal for One-way Quantum Computation
在凝聚态物理中研究的多体纠缠量子态可以作为量子信息的主要资源，允许任何量子计算仅使用对该态的测量来实现。这样一个普适态将是非常有价值的，只要它在物理上是稳定的，并且在实验上是可以实现的，因为它是由两体最近邻相互作用组成的物理上合理的哈密顿量的唯一基态。我们介绍了这样一种状态，六态粒子组成的六角晶格，并描述了一个一般的方法来分析其性质的基础上，其投影纠缠对状态表示。
2008-12-21 quant-ph
Adiabatic and Hamiltonian computing on a 2D lattice with simple 2-qubit interactions
我们展示了如何使用与时间无关的哈密顿量在二维网格上进行通用哈密顿量和绝热计算，该网格描述了一个跳跃粒子系统，这些粒子串在一起并相互作用以进行计算。在这种结构中，一个粒子的运动由其他粒子的存在或不存在来控制，这是一种有效的量子场效应晶体管，可以构建受控非门和受控旋转门。该结构转化为通用量子计算模型，在（几乎）平面网格上具有与时间无关的2量子位ZZ和XX+YY相互作用。有效的汉密尔顿算子是通过单独使用一阶微扰理论而得到的，避免了使用微扰工具。有效哈密顿量的动力学和光谱性质可以完全确定，因为它对应于量子线路和哈密顿量之间的映射的特定实现，称为时空电路到哈密顿量的构造。由于需要简单的相互作用，并且没有使用高阶微扰工具，我们的构造可能使用超导或其他固态量子比特来实现。
2015-09-03 quant-ph
Universal Error Correction for Distributed Quantum Computing
针对分布式量子计算中拼接部分解易产生错误的问题，提出一种通用纠错方案，并将其应用于分布式相位估计算法，为分布式Shor算法等提供基础工具。
2025-08-21 quant-ph
Error Suppression for Hamiltonian Quantum Computing in Markovian Environments
哈密顿量子计算，如绝热和完整模型，可以防止退相干使用编码成稳定子空间码的错误检测和能量惩罚项的增加。自从Jordan，Farhi，and Shor（JFS）在绝热量子计算的背景下首次引入该方法以来，该方法已经得到了广泛的研究。在这里，我们将原来的结果一般马尔可夫环境，不一定在Lindblad形式。我们表明，在这些一般情况下，原始JFS研究的主要结论成立：假设一个物理上合理的浴模型，它是可以抑制初始衰变的编码基态的能量惩罚强度，增长只有在系统的大小，在一个固定的温度。
2017-08-11 quant-ph
Perspective: Toward large-scale fault-tolerant universal photonic quantum computing
光子量子计算是实现普适量子计算的主要途径之一。然而，光子量子计算的大规模实现一直受到其固有困难的阻碍，例如光子量子比特的概率纠缠门和缺乏可扩展的方法来构建光子电路。在这里，我们将讨论如何利用最近出现的两个关键思想来克服这些限制。一种是利用混合量子位-连续变量方法实现光子量子位的确定性通用门集。另一种是时域复用技术，在不改变光子电路结构的情况下实现任意大规模的量子计算。这些想法将使通用光子量子计算机的可扩展实现成为可能，其中可以包含硬件高效的纠错码。此外，这种系统的全光实现可以在原理上增加超过THz的操作带宽，从而实现具有超高操作频率的大规模容错通用量子计算机。
2019-04-16 quant-ph
Treating the Independent Set Problem by 2D Ising Interactions with Adiabatic Quantum Computing
我们构造了一个最近邻哈密顿量，它的基态编码了三次平面图中NP完全问题独立集的解。哈密顿量可以很容易地模拟的伊辛相互作用的相邻粒子之间的二维矩形格子。我们描述所需的脉冲序列。我们的方法可以帮助实现绝热量子计算的物理合理的哈密顿量，如短程相互作用。
2003-02-04 quant-ph
QMA-complete problems for stoquastic Hamiltonians and Markov matrices
我们证明了寻找3-局部对称随机矩阵的最低特征值是QMA-完全的。我们还表明，找到最高能量的随机哈密顿量是QMA-完全的，绝热量子计算使用某些激发态的随机哈密顿量是普遍的。我们还证明了无阻挫随机哈密顿量的基态绝热演化是普适的。我们的结果给出了一个新的QMA-完全的问题中出现的经典设置的马尔可夫链，和新的代数通用的哈密顿量，出现在许多物理系统。
2010-03-29 quant-ph
Efficient Preparation of Resource States for Hamiltonian Simulation and Universal Quantum Computation
本文针对基于测量的量子计算中资源态制备问题，提出增强模拟退火搜索算法和基于反对易关系的CNOT阶梯制备方案，并从最小哈密顿量集合推导通用资源态，在凝聚态物理与通用量子计算实例中验证了方法的有效性。
2025-09-24 quant-ph
Universal Quantum Computing with Measurement-Induced Continuous-Variable Gate Sequence in a Loop-Based Architecture
我们提出了一个可扩展的方案，光学量子计算使用测量诱导连续变量量子门在一个基于环路的架构。在此，在单个空间模式中的时间仓编码的量子信息由电可编程门序列在嵌套循环中确定性地处理。这种架构可以用几乎最少的资源处理任何输入状态和任意数量的模式，并为量子比特和连续变量提供了一个通用的门集。此外，可以通过已知的方案容错地执行量子计算，该方案用于在单个光模式的无限维希尔伯特空间中编码量子比特。
2017-09-21 quant-ph
Hamiltonian quantum computing with superconducting qubits
我们考虑如何使用超导transmon量子比特的2D阵列来实现在[arXiv：1509.01278]中引入的哈密顿量子计算方案。我们展示了该计划如何需要强吸引力的交叉克尔和弱触发器或跳跃相互作用的工程，我们详细说明了如何实现这一点。我们的建议是使用一种新的电路，通过类偶极元件获得transmons之间的吸引交叉克尔耦合。我们讨论和数值分析的前向运动和执行的计算和耦合强度及其变化的依赖。我们扩展[arXiv：1509.01278]，明确展示如何构建直接Toffoli门，从而通过Hadamard和Toffoli门或通过受控Hadamard，Hadamard和CNOT建立计算普适性。
2019-06-07 quant-ph
Non-Uniform Code Concatenation for Universal Fault-Tolerant Quantum Computing
使用横向门是容错量子计算的一种简单有效的技术。由于横向门本身不能在计算上是通用的，它们必须与其他方法相结合，如魔态蒸馏，代码切换或代码级联，以实现普遍性。在本文中，我们提出了一种用于通用容错量子计算的替代方法，该方法主要基于[PRL 112，010505（2014）]中提出的代码级联方法，但采用非均匀的方式。所提出的方法基于7-qubit Steane码与15-qubit Reed-Muller码以及5-qubit码与15-qubit Reed-Muller码的非均匀级联来描述，这分别导致两个49-qubit和47-qubit码。这些代码可以纠正任何任意的单一物理错误，并能够执行一组通用的容错门，而不使用魔法状态蒸馏。
2016-11-02 quant-ph
Noise-resilient Universal Quantum Computing in the Presence of Anisotropic Noise
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克国立大学）；Ocean University of China（中国海洋大学）
本文提出了一种在存在退相干时无需主动纠错的通用量子门集，通过准备适当的系统-环境纠缠初始态，有效消除各向异性系统-环境耦合，从而实现抗噪声的量子计算。
2026-03-26 quant-ph
Universal quantum computing with superconducting charge qubits
超导量子线路是构建量子计算机的一种很有前途的系统。利用该系统实现了普适量子计算，包括初态的制备、单量子比特操作、任意量子比特之间的双量子比特普适门操作、多对双量子比特门并行操作、一组量子比特上的并行耦合操作、多组量子比特上的并行耦合操作并行地对多对和多组量子比特进行耦合操作。在现有技术范围内，通用量子计算机由50多个量子位组成，允许通过设计实现操作。
2018-09-05 quant-ph
Multiple Silicon Dangling-Bond Charge qubits for quantum computing: A Hilbert-Space Analysis of the Hamiltonian
该研究针对硅基悬挂键电荷量子比特的计算希尔伯特空间表征问题，通过量子比特损耗假设与自旋守恒特性缩减空间规模，并分析了量子比特数增长时所需的经典存储资源，为固态量子计算的空间复杂度优化提供依据。
2023-04-19 quant-ph
Existence of universal resource and uselessness of too entangled states for quantum metrology
NTT Communication Science Laboratories, NTT Corporation（NTT通信科学实验室，NTT公司）；Information Technology R&D Center, Mitsubishi Electric Corporation（信息技术研发中心，三菱电机公司）
本文证明了线性哈密顿量量子计量中存在通用资源态，并指出高度纠缠态及随机纯态对量子计量无用，强化了纠缠无用性结论。
2025-10-09 quant-ph
Universal Parity Quantum Computing
提出了一种基于奇偶校验编码的量子计算通用门集，该门集具有全对全的连通性和对比特翻转错误的固有鲁棒性。我们表明，逻辑控制相位门和$R_z$旋转可以实现奇偶校验编码与单量子位操作。与通过最近邻受控非门和$R_x$旋转实现的逻辑$R_x$旋转一起，这些形成通用门集合。由于受控相位门仅需要单量子比特旋转，因此所提出的方案对于几种基石量子算法具有优势，例如，量子傅里叶变换我们提出了一种通过部分动态编码和解码在不同编码变体之间切换的方法。
2022-11-02 quant-ph
A quantum computing scheme for the Hamiltonian path problem
提出了一种利用单光子和多缝光栅的量子计算方案，用于求解N个顶点的简单图G上的哈密顿路径问题。光子被输入到一个N狭缝光栅，然后是一个N × N矩阵的“处理单元”。一个单元由一个延迟线和一个带有k个狭缝（0 < k < N）的光栅组成，光栅的输出以由G的邻接矩阵确定的方式被引导到下一行中的k个单元。图中长度为N-1的路径与通过矩阵的物理路径之间存在一对一映射。光子的路径是所有这些物理路径的叠加。光子沿着与G中的哈密顿路径相对应的物理路径所花费的时间是一个固定值，等于N个不同延迟的总和，并且不同于沿着任何其他路径的时间。如果放置在行N中的N个单元的输出中的N个检测器中的任何一个在这个固定时间检测到光子，则该图是哈密顿的。
2001-01-30 quant-ph
Universal algorithm for transforming Hamiltonian eigenvalues
提出一种通用算法，在保持本征态不变的前提下，通过相关随机性结合 controlization 和傅里叶级数模拟子程序，确定性地变换未知哈密顿量的特征值，其时间复杂度显著优于朴素级联和量子奇异值变换方法。
2025-04-29 quant-ph
Universal Parent Hamiltonians for Adiabatic Warm Starts
Tufts University（塔夫茨大学）；University of Toronto（多伦多大学）；QMatter, Inc.（QMatter公司）
研究量子系统基态性质计算问题，提出用通用父哈密顿量实现绝热热启动的协议（UPHAWS），以解决绝热态制备中谱隙小的问题，通过实验验证该方法能有效提升绝热路径最小能隙。
2026-07-21 quant-ph
Universal Quantum Hamiltonians
量子多体系统表现出极其多样的相和物理现象。在这里，我们证明了任何其他量子多体系统的整个物理学都可以在某些简单的“通用”自旋晶格模型中复制。我们首先要精确地解释一个量子多体系统复制另一个量子多体系统的整个物理过程意味着什么。然后，我们表明，某些非常简单的自旋晶格模型是普遍的，在这个非常强的意义。例子包括海森堡和XY模型在一个二维正方形晶格（与非均匀耦合强度）。我们继续对所有的双量子位相互作用进行完全分类，确定哪些是通用的，哪些只能模拟更受限制的模型类别。我们的研究结果把模拟哈密顿模拟的实际领域的一个严格的基础上，并采取了重要的一步，证明为什么误差校正可能不需要这种应用的量子信息技术。
2019-05-31 quant-ph
The two-qubit singlet/triplet measurement is universal for quantum computing given only maximally-mixed initial states
该研究证明了STP=BQP猜想，证实仅需最大混合单量子比特初始系综，双量子比特单重态/三重态测量就具备量子计算通用性，为量子计算提供了参考系无关、基元简单易实现的新方法。
2023-11-09 quant-ph
Universal Set of Gates for Microwave Dressed-State Quantum Computing
我们提出了一套技术，使通用量子计算进行使用修饰状态。这特别适用于在使用长波长辐射的被困离子中实现量子计算的努力，其中耦合增强是通过静态磁场梯度实现的。我们展示了如何敷料领域的存在，使强大的单和多量子比特门的建设，尽管不可避免的存在磁噪声，一种方法，可以推广到任何类似的量子系统，依赖于通过玻色子模式的电子自由度的耦合提供屏蔽。
2015-05-28 quant-ph
Machine learning for efficient generation of universal hybrid quantum computing resources
University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本文通过深度强化学习模拟在测量基量子处理器上生成 squeezed cat 状态，成功率达98%，显著优于其他方法。
2024-04-05 quant-ph
On Universal and Fault-Tolerant Quantum Computing
提出了一种新的量子计算通用容错基（门集）。这样的集合对于在现实的噪声环境中进行量子计算是必要的。新的基由两个单量子位门（Hadamard和${σ_z}^{1/4}$）和一个双量子位门（Controlled-NOT）组成。由于由受控非门和阿达玛门组成的集合不是普适的，新基通过仅包括一个额外的基本（在这个意义上，它不包括是$π$的无理倍数的角度）单量子位门来实现普适性，因此，它可能是人们可以构造的最简单的普适基。我们还提供了另一种证明的普遍性的唯一的其他已知类的普遍性和容错的基础上提出的肖尔和Kitaev。
1999-06-16 quant-ph
Necessary and Sufficient Conditions for Universal Gates with Pauli Strings and Beyond
ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学与技术学院）；University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）
研究由 Pauli 字符串或一般哈密顿量生成的量子门通用性，给出了生成 su(2^n) 的必要充分条件，并证明了 XYZ 海森堡哈密顿量在局部控制下的通用性。
2026-06-11 quant-ph
Universal quantum computing using electro-nuclear wavefunctions of rare-earth ions
提出了一种基于Kramers稀土离子的通用量子计算方案。它们的核自旋在塞曼分裂电子晶体场基态的存在下充当存储量子信息的“被动”量子比特。量子位可以通过快速相干跃迁到具有磁矩的激发晶体场态来光学激活。这些状态之间的偶极相互作用用于实现CNOT门。我们比较我们的建议与一个类似的硅中的磷施主原子的基础上，并讨论显着改善CNOT门时间相比，稀土实现通过较慢的偶极封锁。
2020-09-29 quant-ph
Perturbative gadgets for gate-based quantum computing: Non-recursive constructions without subspace restrictions
本文提出了一种通用的非递归、非绝热且无子空间限制的微扰gadget构造方法，将任意多体Hamiltonian编码到三体Hamiltonian的低能子空间中，适用于门基量子计算，并提供了可定制的gadget构造方案。
2024-08-27 quant-ph
Digital-Analog Quantum Computing with Qudits
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯基奎巴斯克科学基金会）；Basque Center for Applied Mathematics (BCAM)（巴斯克应用数学中心）
本文提出利用量子多态的Weyl-Heisenberg基进行数字-模拟量子计算，通过结合模拟哈密顿量块和单量子多态门，实现对任意两体哈密顿量的高效模拟，展示了其在多体量子多态自旋哈密顿量中的应用。
2026-03-18 quant-ph
A simple nearest-neighbor two-body Hamiltonian system for which the ground state is a universal resource for quantum computation
我们提出了一个简单的量子多体系统-一个二维量子位格，其哈密顿量由最近邻的两体相互作用组成-使得基态是使用单量子位测量的量子计算的通用资源。这种基态近似于被编码成更大数量的物理量子比特的簇状态。我们使用的哈密顿量是由投射的纠缠对态激发的，它提供了一种透明的机制来产生类似于基态的正方形或其他晶格结构上的编码簇态（以及各种其他量子态）。我们表明，在这种近似的错误采取的形式独立的错误债券发生固定的概率。这种系统的能隙，这在一定程度上决定了它的有用性的量子计算，被证明是独立的晶格的大小。此外，我们表明，这个能隙的缩放的耦合常数的哈密顿量是直接由晶格几何形状。因此，在六边形晶格（对于量子计算也是通用的资源）上获得的近似编码的簇状态可以被示出为具有比具有等效哈密顿量的正方形晶格上的一个更大的能隙。
2006-10-24 quant-ph
The Universality of the Quantum Fourier Transform in Forming the Basis of Quantum Computing Algorithms
量子傅里叶变换（QFT）是量子计算中的一个强有力的工具。QFT的主要成分由Walsh-Hadamard变换H和相移P（.）形成，它们都是作为二维1-量子比特空间上的算子的2 × 2酉矩阵。本文证明了H和P（.）足以生成酉群U（2），因此，通过受控U运算及其级联，可以生成n个量子比特上的整个酉群U（2 ^n）。由于n比特量子计算机中的任何量子计算算法都是基于U（2^n）中的矩阵运算，因此在这个意义上，我们具有QFT的普适性。
2000-07-31 quant-ph
Minimally Universal Parity Quantum Computing
本文证明实现通用奇偶量子计算最少只需一个（逻辑量子比特数为偶数时）或两个辅助量子比特，并给出奇偶门集通用性的充分条件，由此得到多种最小实现和新型MBQC通用资源。
2025-09-23 quant-ph
On the representation of Boolean and real functions as Hamiltonians for quantum computing
将比特上的函数映射到作用于量子比特上的哈密顿量在量子计算中有许多应用。特别是，需要表示布尔函数的哈密顿量用于将量子退火或量子近似优化算法应用于组合优化问题。我们展示了如何自然地表示这样的功能是作为泡利$Z$运营商（伊辛自旋运营商）与相应的功能的傅立叶展开的总和的条款的哈密尔顿。对于许多由紧描述给出的函数类，例如给出可满足性问题实例的合取范式的布尔公式，计算其Hamilton表示是#P-困难的。另一方面，一般不存在这样的困难，用于构造表示实函数的哈密顿算子，例如局部布尔子句的和。我们给出的组成规则，明确构建哈密顿算子表示各种各样的布尔函数和实函数相结合的哈密顿算子表示更简单的条款作为积木。我们将我们的结果控制酉算子的建设，并在一个辅助量子比特寄存器中计算函数值的运营商的特殊情况。最后，我们概述了我们的结果的几个额外的应用和扩展。本文的一个主要目标是提供一个$\textit{design toolkit for quantum optimization}$，这可能是利用专家和从业者都在建设和分析新的量子算法，并在同一时间，以揭开神秘的各种建设出现在文献中。
2021-12-29 quant-ph
State preparation and evolution in quantum computing: a perspective from Hamiltonian moments
在有噪声的中尺度量子（NISQ）器件上的量子算法有望模拟经典难以处理的量子系统，以展示量子优势。然而，NISQ器件上不可忽略的门误差阻碍了传统量子算法的实现。实用的策略通常利用混合量子经典算法来展示量子计算在NISQ时代的潜在有用应用。在众多的混合算法中，最近的努力突出了基于量子计算的哈密顿矩，$\langle ϕ| \hat{\mathcal{H}}^n | ϕ\rangle$（$n=1,2,\cdots$），相对于量子态$|ϕ\rangle$的量子算法的发展。在本教程中，我们将简要回顾这些量子算法，重点介绍使用量子硬件计算哈密顿矩的典型方法，并基于量子计算矩提高估计状态能量的准确性。此外，我们将提供一个教程，展示如何测量和计算四位海森堡模型的哈密顿矩，并在真实的IBM-Q NISQ硬件环境中利用虚时间演化计算模型的能量和磁化强度。沿着这条线，我们将进一步讨论与这些算法相关的一些实际问题。我们将通过概述在不久的将来在这个方向上的一些可能的发展和应用来结束本教程的回顾。
2021-09-30 quant-ph
Interplay of resources for universal continuous-variable quantum computing
该研究在连续变量量子计算中发现新资源“辛相干性”，开发低辛相干性计算的高效经典模拟算法，确立其为通用性必要资源，并揭示其与非高斯性、纠缠的相互作用，类似离散变量中相干性、魔态、纠缠的关系。
2025-02-11 quant-ph
