Preparing Bethe Ansatz Eigenstates on a Quantum Computer
几个一维量子多体模型通过Bethe近似方法具有精确解，该方法在理解它们的行为方面非常成功。然而，仍然存在这样的模型的物理性质，其中解析结果是不可用的，并且也没有很好地描述近似数值方法。直接在量子计算机上制备贝特安本征态将允许通过测量直接提取这些量。我们提出了一个量子算法制备自旋为1/2 XXZ的自旋链的Bethe anomalous本征态，对应于Bethe方程的实值解。该算法在T门数和电路深度上是多项式的，具有适度的常数前因子。虽然该算法是概率性的，成功率随着本征态能量的增加而降低，但我们采用振幅放大来提高成功概率。我们的方法的资源需求低于其他国家的最先进的量子模拟算法的小纠错设备，因此可以提供一种替代和计算要求较低的演示量子优势的物理相关的问题。
2021-11-24 quant-ph
Geometric pathway to scalable quantum sensing
纠缠资源使得量子传感能够实现海森堡标度，这是对标准量子极限的二次改进，但是在存在退相干的情况下制备大尺度纠缠态是具有挑战性的。我们提出了一种利用高度非线性几何相位门的量子控制策略来制备自旋系综上的纠缠态，这种纠缠态可用于实际的精密计量。该方法使用$N$自旋到共同玻色子模式的色散耦合，并且不需要可寻址性、特殊失谐或自旋之间的相互作用。使用在置换对称状态的子空间上执行Grover算法的控制序列，可以使用$O(N^{5/4})$几何相位门来准备目标纠缠资源状态。控制操作的几何闭合路径确保门对模式的初始状态不敏感，并且序列具有内置的动态解耦，从而提供对失相误差的弹性。
2020-11-09 quant-ph
Robust Preparation of Bell States by Time Boundary Effect
School of Physics, Beijing Institute of Technology（北京理工大学物理学院）；School of Physics Science and Technology, Kunming University（昆明大学物理科学与技术学院）；National Laboratory of Solid State Microstructures, Department of Physics, and Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University（南京大学固体微结构物理国家重点实验室、物理系和先进微结构协同创新中心）
提出一种基于时间边界工程和动量空间投影测量的动力学框架，在Su-Schrieffer-Heeger系统中制备对环境和参数涨落具有鲁棒性的贝尔态，实现近乎完美的量子保真度。
2026-10-28 quant-ph
Quantifying $T$-gate-count improvements for ground-state-energy estimation with near-optimal state preparation
该研究分析 Lin 和 Tong 的近最优态制备算法，证明其可近二次降低基态能量估计的 $T$ 门数量，并给出额外态制备成本具备收益的资源条件。
2023-04-17 quant-ph
Pseudo-Random Circuits from Clifford Plus T-Gates
我们探讨了单量子比特的伪随机旋转和多量子比特伪随机电路的实现，这些电路仅由Clifford门和相位旋转为π/4的T门构成。这样的门集合将适合于在容错设置中执行的计算。对于单量子比特旋转，从Clifford加T构造的幺正中发现的参数分布很快接近随机旋转的参数分布，并且需要比任意单量子比特旋转构造少得多的门。对于Clifford + T伪随机电路，我们发现其矩阵元分布的高阶矩的高斯收敛性和随机矩阵元分布的指数收敛性。这些收敛速率对量子比特的数量不敏感。
2013-09-16 quant-ph
Quantum algorithm for non-homogeneous linear partial differential equations
我们描述了一个量子算法，准备状态，编码非齐次线性偏微分方程的解决方案。该算法是矩阵求逆的连续变量版本：它有效地求逆变量及其偏导数为多项式的微分算子。输出是波函数与非齐次微分方程的特定解成比例的量子态，其可以被测量以揭示解的特征。该算法由三个阶段组成：准备固定的资源状态的辅助系统，进行哈密尔顿模拟，测量辅助系统。该算法可以使用门分解的标准方法进行，但我们在两个方面对此进行了改进。首先，我们表明，广泛的一类微分算子，它是可能的，以获得确切的分解的门采用哈密顿模拟。这避免了昂贵的换向器近似的需要，减少了数量级的门数。此外，我们采用机器学习的方法来找到准备所需资源状态的显式电路。最后，我们研究了一个例子应用的算法：解决泊松方程的静电。
2018-09-07 quant-ph
Efficient experimental estimation of fidelity of linear optical quantum Toffoli gate
提出了N比特控制Z门量子过程保真度的一个有效可测下界。这个界限是由N个部分共轭乘积基的平均输出态密度决定的。我们的方法的一个明显的优势是，只有与产品状态的结晶需要测量，同时保持测量的总数远远小于什么是必要的全量子过程层析成像。作为应用，我们用这种方法对三量子比特线性光量子Toffoli门的量子过程保真度F进行了实验估计，发现F>=0.83。我们还通过从输入的乘积态制备GHZ型三量子比特纠缠态证明了门的纠缠能力。
2013-10-16 quant-ph
Preparing Schrödinger cat states in a microwave cavity using a neural network
本工作实验演示了基于神经网络在色散耦合腔中制备薛定谔猫态的方法，通过模拟训练后网络能快速输出优化控制脉冲，展示了深度神经网络与迁移学习在解决量子控制任务中的高效性。
2024-09-09 quant-ph
Chiral Discrimination on Gate-Based Quantum Computers
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本研究提出了一种基于门的量子计算方法，用于手性鉴别，通过离散化STIRAP和STAP协议，实现了对1,2-丙二醇分子的实验验证。
2026-01-06 quant-ph
Hardware-Efficient Preparation of Graph States on Near-Term Quantum Computers
本研究提出一种针对特定架构的图态制备电路编译方法，通过整合门取消、交换和时序信息，显著降低制备误差，提升近-term量子计算机上图态的保真度与规模。
2024-09-17 quant-ph
Gate Teleportation-based Universal Blind Quantum Computation
盲量子计算（BQC）允许具有有限量子能力的客户端可以将量子计算委托给具有先进量子技术但对客户端的私有信息一无所知的服务器。然而，在电路模型中直接加密量子算法仍然是一个挑战。为了解决这个问题，我们提出了GTUBQC，第一门传送为基础的通用BQC协议。在本文中，我们考虑一个场景，其中一个可信中心负责准备初始状态，一个具有执行X，Z能力的客户端不需要任何量子存储器，两个服务器进行UBQC（通用BQC）和Bell测量。GTUBQC可以通过加密旋转角度来隐藏通用量子门，因为任意幺正操作可以分解为任意旋转算子的组合。我们证明了GTUBQC的盲目性和正确性，并将我们的方法应用到其他类型的计算任务，如量子傅立叶变换。
2022-01-11 quant-ph
Preparation of pseudo-pure states by line-selective pulses in Nuclear Magnetic Resonance
提出了一种在液体核磁共振（NMR）中制备自旋系统赝纯态的新方法，并进行了实验验证。同时应用适当连接的线选择脉冲和场梯度脉冲技术，我们在一次实验中非常有效地直接获得了两个量子比特的所有伪纯态。以这种方式制备的伪纯态的信号强度与时间平均的信号强度相同。我们的方法适用于具有任意数量量子比特的系统。作为一个应用实例，我们还对用我们的方法制备的伪纯态$\mid 00>$进行了高度结构化的搜索算法--Hogg算法。
2000-12-09 quant-ph
A proposal for implementing an n-qubit controlled-rotation gate with three-level superconducting qubit systems in cavity QED
提出了一种在腔QED中利用三能级超导量子比特系统实现n量子比特受控旋转门的方法。量子位的两个逻辑状态由每个系统的两个最低能级表示，而较高的能级用于门实现。该方法基本上通过准备以控制量子位的状态为条件的$W$状态，在腔模式中创建单个光子，然后在腔光子的帮助下对目标量子位的状态执行任意旋转来操作。值得注意的是，用于实现所提出的门的基本操作步骤不随着量子位的数量$n$而增加，并且门操作时间随着量子位的数量增加而减少。该方案具有一定的通用性，可应用于腔体中或耦合到谐振器的各种类型的超导器件。
2011-05-08 quant-ph
Superposition States on Different Axes of the Bloch Sphere for Cost-Effective Circuits Realization on IBM Quantum Computers
提出利用布洛赫球Y轴与IBM原生sqrt(X)门制备叠加态，替代Hadamard门，确保编译后量子电路成本更低。
2023-11-15 quant-ph
Pseudo Twirling Mitigation of Coherent Errors in non-Clifford Gates
本文提出并实验验证 Pseudo Twirling 技术，用于缓解非 Clifford 原生门中的相干误差，并结合 Adaptive KIK 同时抑制噪声，以提升 NISQ 设备性能。
2024-04-03 quant-ph
Low-depth circuit ansatz for preparing correlated fermionic states on a quantum computer
量子模拟必将成为近期量子计算机的主要应用之一。量子化学和凝聚态物理有望从这些技术发展中受益。已知几种量子模拟方法在量子计算机上制备状态并测量所需的可观测量。最节省资源的方法是变分量子本征求解器（VQE），它传统上采用幺正耦合团簇作为近似多体费米子哈密顿量的基态的近似。该方法的一个重要警告是，该过程的初始状态是一个单一的参考产品状态，没有从经典的Hartree-Fock计算提取的纠缠。在这项工作中，我们提出了一个更一般的费米高斯态，从核物理领域借用的想法，通过初始化算法的方法来改进。我们展示了如何用量子匹配门的线性深度电路来制备这种高斯参考态。通过增加最近邻相位耦合门的数目，我们得到了一个低深度的电路模拟器，它可以精确地制备相关费米子系统的基态。这将VQE的适用范围扩展到具有强配对关联的系统，如超导体，原子核和拓扑材料。
2018-01-03 quant-ph
Preparing Renormalization Group Fixed Points on NISQ Hardware
噪声中尺度量子（NISQ）硬件通常限于低深度量子线路，以限制由不可靠的量子门引入错误的机会的数量。较少探索的替代方法是重复地应用具有期望的量子态的量子信道作为稳定固定点。在这种情况下，由于耗散自校正，增加电路深度可能是有益的而不是有害的。由MERA电路构造的量子信道可以用重整化群（RG）来解释，它们的不动点是RG不动点，即尺度不变系统，如共形场论。在这里，金和Swingle的理论建议的基础上，我们数值和实验研究的强大的准备的基态的临界伊辛模型使用电路改编的工作，Evenbly和白色。实验实现通过局部观测量的收敛性和稳定性中看到的重整化表现出自校正，并且基本上利用霍尼韦尔离子阱的“量子CCD”架构提供的测量和重置单个量子位的能力。我们还数值测试误差缓解零噪声外推方案特别适用于重整化电路，这是能够优于典型的外推方案，使用较低的门开销。
2021-09-20 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Spatially Encoded Pseudo-Pure States for NMR Quantum Information Processing
通过液态NMR光谱的量子信息处理使用伪纯态来模拟真实纯态的演化和观察。本文介绍了一种制备赝纯态的新方法，它涉及到选择与感兴趣的自旋系统相关的辅助自旋的空间标记态。这允许一个一般的程序，以准备任何数量的自旋的伪纯态，所施加的限制，从选定的子系综的信号的损失。通过13 C标记的丙氨酸的碳和质子核磁共振证明了单一伪纯态的制备。通过明智地选择磁场梯度，该方法还允许在N+1自旋系统中以独立的空间模式编码高达2^N个伪纯态。快速编码和解码方案的准备，这样的空间标记的伪纯态。
2000-05-17 quant-ph
Over-rotation coherent error induced by pseudo-twirling of quantum gates
Fritz Haber Research Center for Molecular Dynamics, Hebrew University of Jerusalem（弗里茨·哈伯分子动力学研究中心，耶路撒冷希伯来大学）
研究揭示了伪旋转变换在处理多量子比特非Clifford门时引入的过旋转相干误差，并分析了其与传统随机编译方法的区别及影响。
2024-12-08 quant-ph
Time complexity in preparing metrologically useful quantum states
JILA, NIST and Department of Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系、JILA和NIST）；Center for Theory of Quantum Matter, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校量子物质理论中心）；Department of Physics, Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院物理系）；IBM Quantum, IBM T.J. Watson Research Center（IBM量子、IBM托马斯·J·沃森研究中心）
本文基于Lieb-Robinson界研究不同相互作用范围下制备量子计量有用纠缠态的时间复杂度，推导了不同参数区间的时间标度界，证明其可达性，为相关协议时间最优性提供基准。
2025-11-18 quant-ph
Evaluation of variational quantum states entanglement on a quantum computer by the mean value of spin
根据变分量子态纠缠与自旋平均值的关系，研究了变分量子态纠缠的几何度量。我们研究了由一个变分电路制备的n量子位量子态，该变分电路具有由旋转门和双量子位控制的相位门形成的层。变分电路是用于制备量子生成对抗网络状态的电路的推广。在变分量子态中，一个量子比特与其他量子比特的纠缠度取决于作用于该量子比特的旋转门的角度以及通过受控相位门与之纠缠的量子比特的角度及其参数。在一层变分电路的情况下，状态可以与具有表示量子位的顶点和对应于两量子位门的边的图相关联。量子比特与量子图状态中的其他量子比特的纠缠的几何度量取决于在图中表示它的顶点的属性，即它取决于顶点度。在IBM量子计算机上，对变分量子态纠缠的几何度量与量子态参数的关系进行了量化。
2023-01-10 quant-ph
Machine learning method for state preparation and gate synthesis on photonic quantum computers
我们展示了如何使用机器学习和优化技术来找到光子量子计算机的电路，这些电路在输入和输出状态之间执行所需的转换。在最简单的情况下，一个单一的输入状态，我们的方法发现准备所需的量子态的电路。在几个输入和输出关系的更一般的情况下，我们的方法获得的电路，再现目标酉变换的动作。我们使用连续变量量子神经网络作为电路结构。该网络由多层具有可变参数的光闸组成，这些参数通过使用Strawberry Fields光子量子计算机模拟器的TensorFlow后端应用自动微分进行优化。我们通过学习如何使用短深度电路来合成单光子，Gottesman-Kitaev-Preskill状态，NOON状态，立方相位门，随机幺正，交叉克尔相互作用以及其他几种状态和门来展示我们方法的功能和多功能性。我们通常使用短深度电路（通常由几百个门组成）获得99%以上的高精度。通过简单地指定目标状态或门并运行优化算法来自动获得电路。
2018-07-27 quant-ph
Accelerating Transpilation in Quantum Machine Learning with Haiqu's Rivet-transpiler
本文提出利用 Haiqu 的 Rivet transpiler 复用已转译电路，以降低量子机器学习中迭代电路的转译开销，并在量子逐层学习中实现最高 600% 的时间提升。
2025-08-29 quant-ph
Efficient three-qubit gates with giant atoms
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
利用巨原子实现高效三量子比特门，通过简单频率调谐提升保真度，适用于近-term量子计算和模拟。
2026-01-16 quant-ph
Universal non-adiabatic geometric manipulation of pseudo-spin charge qubits
可靠的量子信息处理需要在特征相干时间内对量子系统进行高保真的通用操纵。非绝热完整量子计算提供了一种很有前途的方法来实现快速，通用和鲁棒的量子逻辑门，特别是在纳米制造的固态架构中，通常具有短的相干时间。在此，我们提出了一个实验上可行的方案，在纳米工程赝自旋电荷量子比特中实现高速通用几何量子门。我们使用一个三个耦合的量子点系统，其中一个双量子点电荷量子比特的两个计算态通过一个中间量子点相互作用。引入量子位的额外自由度使得可以创建几何模型系统，该系统通过仔细控制点间隧穿参数来实现鲁棒且高效的单量子位旋转。我们证明了两个电荷量子比特之间的电容耦合允许一族非绝热完整控制的两量子比特纠缠门，从而提供了一个有希望的过程来保持电荷量子比特的纠缠和容错通用量子计算的途径。我们估计的可行性所提出的结构，通过分析在一定程度上的门的刚度。
2017-04-07 quant-ph
Straddling-gates problem in multipartite quantum systems
我们研究了量子线路复杂性的一种变体，绑定复杂性：考虑一个$n$ -量子比特系统被分成两组$k_1$，每组$k_2$量子比特（$k_1\leq k_2$），每组中的门是自由的;假设不允许辅助量子比特，两个量子比特门“跨越”准备任意量子态的集合的最小成本是多少？首先，我们的工作表明，在不对纠缠谱做假设的情况下，$Θ(2^{k_1})$跨越门总是足够的。然后，我们证明任何$\text{U}(2^n)$酉综合可以完成与$Θ(4^{k_1})$跨门。进一步，我们将结果推广到多体系统，证明了任何$m$ -体Schmidt可分解态在$m$中具有线性的束缚复杂度，这暗示了它的多可分性.这一结果不仅解决了Vijay Balasubramanian提出的一个公开问题，他最初的动机是量子引力中的“复杂性=体积”猜想，而且在不久的将来在分布式量子计算中提供了现实的应用。
2022-06-23 cs.CC quant-ph
Hybrid Quantum-Classical Eigensolver Without Variation or Parametric Gates
本文提出一种混合量子-经典本征求解器，通过将哈密顿量投影到有限有效希尔伯特空间并用短深度量子线路测量有效哈密顿量，再在经典计算机上对角化，成功获得BeH₂、LiH和H₂分子的基态、激发态及态密度，结果与精确解吻合。
2020-11-16 quant-ph
Holonomic Gates in Pseudo-Hermitian Quantum Systems
量子力学的含时伪厄米公式允许研究类似于厄米量子系统的开放系统动力学。在这种情况下，我们表明，完整的量子计算的概念，同样可以制定伪厄米系统。从一个退化的伪厄米哈密顿量，我们表明，在绝热极限，非阿贝尔几何相位出现，实现了一个伪酉量子门。我们说明我们的研究结果通过研究一个伪厄米特增益/损失系统，可以写在一个三脚架哈密顿量的形式，通过使用双正交表示。它表明，该系统允许任意的伪$\mathrm{U}(2)$变换作用于暗子空间的系统。
2019-07-16 math-ph math.MP quant-ph
Preparing Valence-Bond-Solid states on noisy intermediate-scale quantum computers
本文提出在NISQ量子计算机上制备一维和蜂窝晶格AKLT模型基态（自旋-1和自旋-3/2 VBS态）的浅层量子电路方法，并通过优化和二分晶格策略降低重复开销，有望超越传统数值方法。
2022-09-21 cond-mat.str-el quant-ph
Topological Quantum Gate Construction by Iterative Pseudogroup Hashing
我们描述了散列技术，以获得一个目标量子门在酉群SU（2）的通用基的元素的乘积表示的快速近似。散列利用二十面体群[或SU（2）的其他有限子群]的结构及其伪群近似，以减少在少量元素内的搜索。伪群散列法的主要优点之一是可以在重整化群方法的精神下，对目标进行散列以获得更准确的表示。我们描述了迭代伪群散列算法使用的Fibonacci任意子的辫子所给出的通用基础。基于随机矩阵理论的迭代效率分析表明，与Solovay-Kitaev算法相比，该算法的运行时间和辫子长度与最终误差成多项式关系。
2010-09-29 cond-mat.other quant-ph
Quantum state preparation without coherent arithmetic
提出一种基于模板化量子特征值变换的量子态制备方法，仅需少量辅助比特，无需相干算术，可高效制备高斯窗和凯泽窗态。
2025-07-09 quant-ph
Designing the Quantum Channels Induced by Diagonal Gates
量子计算的挑战是将错误恢复与通用计算相结合。诸如横向$T$门的对角门在实现量子操作的通用集合中起重要作用。本文介绍了一个框架，描述了准备代码状态的过程中，应用对角物理门，测量代码的综合症，并应用泡利校正，可能取决于测量的综合症（平均逻辑通道引起的任意对角门）。它重点关注CSS代码，并根据诱导逻辑运算符确定的生成器系数来描述代码状态和物理门的相互作用。代码状态和对角门的相互作用非常强烈地依赖于CSS代码中的$Z$ -稳定器的符号，并且所提出的生成器系数框架明确地包括该自由度。本文导出了任意对角门保持稳定码码空间的充要条件，并给出了诱导逻辑算子的显式表达式。当对角门是二次型对角门（由Rengaswamy等人引入）时，这些条件可以用确定CSS码的两个经典码中的权重的可分性来表示。这些代码可以应用于魔法状态蒸馏和其他地方。当所有符号都为正时，本文通过推导$l$的充分必要约束，刻画了由经典Reed-Muller码构造的所有可能的CSS码，这些CSS码在通过$π/2^l$的$Z$ -旋转下是不变的.生成器系数框架扩展到任意稳定器代码，但没有得到考虑更一般的类的非退化稳定器代码。
2022-09-06 quant-ph
Generalized parity measurements
测量在量子计算（QC）中扮演着重要的角色，通过提供两个量子比特门（线性光学QC）所需的非线性，或者通过在高度纠缠的初始状态（簇态QC）上使用单量子比特测量来实现量子算法。宇称测量可以用作制备任意稳定态的构建块，并且与1-量子比特门一起对于量子计算是通用的。在这里，我们推广奇偶校验门使用更高的维度（量子）的辅助。这使我们能够超越稳定子/图态形式主义，制备其他类型的多粒子纠缠态。本文介绍的广义宇称模可以一次性制备一大类纠缠态，包括GHZ_n，W_n，Dicke态D_{n,k}，以及更一般的Dicke态的和，如秘密共享中使用的G_n态。对于W_n态，与基于线性光学的方法相比，它提供了指数增益。
2008-11-17 quant-ph
Parallel implementation of high-fidelity multi-qubit gates with neutral atoms
我们报告了在长寿命超精细基态中编码的中性原子量子比特上实现通用的两量子比特和三量子比特纠缠门。门介导的激发强相互作用的里德伯态，并在一个一维阵列的光镊上的几个原子簇并行实施。具体来说，我们实现了受控相位门，制定了一个新的，快速的协议，只涉及全球耦合的两个量子位的里德堡态。我们通过准备具有保真度$\mathcal{F} \ge 95.0(2)\%$的Bell态来基准此操作，并提取跨五个原子对平均的门保真度$\ge 97.4(3)\%,$。此外，我们报告了三量子比特Toffoli门的原理验证实现，其中两个控制原子同时约束一个目标原子的行为。这些实验展示了在可扩展的中性原子平台中进行高保真量子信息处理的关键成分。
2019-08-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Trading T gates for dirty qubits in state preparation and unitary synthesis
本文提出利用可调数量脏量子比特的任意纯态制备与酉综合算法，在干净量子比特、脏量子比特和 T-count 间实现近似最优权衡。
2024-06-11 quant-ph
Fast stabilizer state preparation via AI-optimized graph decimation
University College London（伦敦大学学院）；Quantinuum；Institute for Globally Distributed Open Research and Education (IGDORE)（全球分布式开放研究与教育学院）
本文提出一种通过AI优化图简化来减少两量子比特门数量和深度的方法，用于准备稳定器态。利用强化学习和蒙特卡洛树搜索等AI方法，成功合成多种量子纠错码的码态，如23量子比特的Golay码和144量子比特的Gross码，门数减少达2.5倍。
2026-03-18 quant-ph
Scalable Preparation of Matrix Product States with Sequential and Brick Wall Quantum Circuits
Zentrum für Optische Quantentechnologien, Universität Hamburg（汉堡大学光学量子技术中心）；Department of Physics and Astronomy, University of Tennessee, Chattanooga（田纳西大学查塔努加分校物理与天文系）；UTC Quantum Center, University of Tennessee, Chattanooga（田纳西大学查塔努加分校UTC量子中心）；The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging, Universität Hamburg（汉堡大学超快成像中心）
本文提出一种结合启发式电路和变分优化的端到端MPS制备框架，通过阶梯和砖墙电路实现高效、高保真度的量子态制备，适用于大规模量子系统。
2026-02-12 quant-ph
Fast pseudorandom quantum state generators via inflationary quantum gates
提出利用膨胀量子门构建浅层对数深度电路，消除短泡利字符串存活概率尾部，实现计算上伪随机的量子态，并证明IQ门需3量子比特或高维量子位实现。
2024-04-21 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Preparation of a Bell state in an analogue device hosting the transverse-field Ising model
Qilimanjaro Quantum Tech（奇力马尼霍量子科技）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）
该研究提出一种在横向场伊辛模型模拟器件中仅通过直接控制哈密顿量项制备单重态贝尔态的协议，利用绝热插值和共振布居转移两步实现，在约100纳秒内达到与门基方案相当的保真度，并具鲁棒性。
2026-09-09 quant-ph
Parameters of Pseudo-Random Quantum Circuits
伪随机电路产生的量子态和幺正算符近似地按照幺正不变的Haar测度分布。我们探讨了几个设计参数如何影响伪随机电路的效率，以确定相关的权衡和优化收敛的目标。我们探索的参数包括单量子位和双量子位门的选择，底层物理量子位架构的拓扑结构，双量子位门的概率应用，以及电路大小，初始化和控制约束的影响。基于伪随机电路与近似$t$ -设计的等价性，利用马尔可夫矩阵方法分析了伪随机二阶矩对2-设计的渐近收敛性质.作为电路大小的函数的收敛速度的定量结果，量子比特拓扑结构具有足够的对称度。我们的研究结果对优化随机态和算符生成的效率具有理论和实际意义。
2008-08-27 quant-ph
Three-Qubit State Preparation: Classification and Explicit Circuits
Kangwon National University（江原国立大学）；Electronics and Telecommunications Research Institute（电子电信研究所）
本文提出一种确定性框架用于制备任意三量子比特纯态，通过分类三量子比特态类型并设计显式电路实现态制备，电路参数基于 Schmidt 分解系统确定。
2026-03-01 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
When More Becomes Less: Topology-Reversed Three-Qubit Gate Performance on IBM Quantum Processors
Center for Quantum Technologies, Faculty of Physics, Sofia University St. Kliment Ohridski（索非亚大学圣克利门特奥赫里斯基物理学院量子技术中心）
该研究在IBM量子处理器上发现，硬件连通性可反转三量子比特门精确分解的性能排序，含更多抽象两量子比特门的电路物理实现更优。
2026-08-24 quant-ph
Universal programmable photonic architecture for quantum information processing
提出了一种可制备任意量子态和算符的量子可编程门阵列（QPGA）的光子集成电路结构。该体系结构由相位调制马赫-曾德尔干涉仪和嵌入式量子发射器组成，马赫-曾德尔干涉仪在路径编码的光子量子比特上执行旋转，嵌入式量子发射器使用双光子散射过程来实现相邻量子比特之间的确定性受控$σ_z$操作。通过适当地设置晶格内的相移，该器件可以被编程为实现任何量子线路而无需硬件修改。我们提供的算法，准确地准备任意的量子态和运营商的设备上，我们表明，基于梯度的优化可以训练一个模拟的QPGA自动实现高度紧凑的近似重要的量子线路与近统一的保真度。
2019-10-22 physics.optics quant-ph
Efficient Preparation of Decoherence Free Subspace Basis States
提出一种确定性方法，利用投影测量和量子电路为任意大小的qubit系统制备纯正交完整的DFS基态，并从理论与数值上分析资源成本，验证其在NISQ设备上的可实现性。
2025-09-15 quant-ph
Pseudo-random operators of the circular ensembles
我们展示了量子算法来实现伪随机算子，这些算子紧密地再现了来自三个通用类的随机矩阵的统计特性：酉，对称和辛。改进后的算法被引入到量子元胞自动机中。为了实现伪随机辛算子，我们提供了时间反演算子的酉部分的门序列。
2004-11-22 quant-ph
On Actual Preparation of Dicke State on a Quantum Computer
在给定架构中实现量子算法所需的CNOT和单量子位门的确切数量是量子计算的中心问题之一。在这项工作中，我们研究的重要性，部分定义的酉变换更好的电路建设使用的情况下，迪克状态准备的简洁实现。Dicke态$(\left|D^n_k \right>)$是一类重要的纠缠态，在量子信息的许多分支中都有着重要的应用。在这方面，我们提供了最有效的确定性迪克状态准备电路的CNOT和单量子位门计数相比，现有的文献。我们进一步观察到，我们的改进也减少了电路的架构约束。我们实现的电路准备$\left| D^4_2 \right>$上的“ibmqx2”机器的IBM QX服务，并观察到，由于系统中的噪声引起的错误是较小的比较现有的电路描述。最后，我们描述了通用$\left| D^n_k \right>$准备电路的CNOT映射，并分析了电路中CNOT门的不同分布方式及其对诱导误差的影响。
2020-07-19 quant-ph
Fault-tolerant $|\sqrt{ \mathrm{T} }\rangle$ state preparation and injection for more efficient fine-grained quantum circuit synthesis
Institute for Theoretical Nanoelectronics (PGI-2), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心理论纳米电子学研究所）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本研究针对3D四面体色码及其变形变体，提出制备|√T⟩魔术态的容错协议，发现该态可降低量子电路综合的时空成本，为通用量子计算拓宽设计空间。
2026-08-27 quant-ph
Low-Overhead and High-Fidelity Preparation of Logical Non-Clifford States with Multi-Level Transversal Injection
Institute of Artificial Intelligence, Hefei Comprehensive National Science Center（合肥综合性国家科学中心人工智能研究院）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
针对容错旋转门态蒸馏开销随 Clifford 层级快速增长的问题，提出 MLTI 多级横向注入方法，可高保真制备任意层级旋转态并将时空体积降低数个数量级。
2025-09-28 quant-ph
Fast Machine Learning for Quantum Control of Microwave Qudits on Edge Hardware
本文提出利用机器学习模型在边缘硬件上快速确定微波腔量子比特SNAP门的控制脉冲参数，通过数据生成、模型开发、设计空间探索和量化，实现了接近$10^{-3}$的低门迹保真度并高效利用可编程逻辑资源。
2025-06-03 quant-ph
Preparing symmetry broken ground states with variational quantum algorithms
近期量子计算机最有前途的应用之一是物理量子系统的模拟，特别是化学和凝聚态物理中的多电子系统。在固态物理中，寻找相互作用电子系统的对称破缺基态是一个核心挑战。变分哈密顿量近似（VHA）是一种变分混合量子经典算法，特别适合于寻找固态系统的基态，除非初始态被选择为具有正确的对称性，否则一般不会产生对称破缺态。在这项工作中，我们讨论了VHA的三种变化，旨在找到正确的对称性破缺状态接近不同的订单之间的过渡点。作为一个测试的情况下，我们使用的二维哈伯德模型，我们打破了对称性明确通过外部场耦合到哈密顿量和计算这些领域的响应。对于计算，我们模拟了基于门的量子计算机，并考虑了失相噪声对算法的影响。我们发现，这三个算法中的两个是在所考虑的参数范围内的精确解很好的协议。第三种算法仅在部分参数范围内与精确解一致，但与其他两种算法相比，在移相方面更鲁棒。
2020-07-15 cond-mat.str-el physics.comp-ph quant-ph
Efficiently preparing Schrödinger's cat, fractons and non-Abelian topological order in quantum devices
长程纠缠量子态--如猫态和拓扑序--是量子精密测量和信息目的的关键，但它们不能通过任何可扩展的幺正过程制备。有趣的是，使用测量作为额外的成分可以绕过这种不可行的定理。然而，有效的计划是已知的，只有有限的一类远程纠缠态，和现有的量子设备通过一系列的门和测量的实施受到阻碍的高开销。在这里，我们解决了这些问题，提出了如何利用现有的实验平台可扩展地制备广泛的远程纠缠态。我们的两步过程在里德伯原子阵列中找到了理想的实现，仅需要在固有原子相互作用下的时间演化，然后测量单个子晶格（通过使用，例如，两种原子种类）。值得注意的是，该方案可以制备1D Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）“猫”状态和2D复曲面代码，每个位点的保真度超过$0.9999$，以及3D分形状态的保真度为$\gtrapprox 0.998$。鉴于最近的实验展示了三维里德伯原子阵列，这铺平了道路，第一次实验实现分形序。虽然上述例子是基于有效地制备和测量团簇状态，我们也提出了一个多步骤的程序来创建$S_3$和$D_4$非阿贝尔拓扑秩序的里德伯原子阵列和其他量子设备-提供了一条通往通用拓扑量子计算的路线。
2022-01-06 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el physics.atom-ph
Computational and physical complexity of synthesizing random multi-qudit quantum states and unitary operators
Advanced ICT Research Institute, National Institute of Information and Communications Technology（先进ICT研究所，信息通信技术研究所）；Research Institute for Science and Technology, Tokyo University of Science（科学技术研究所，东京理科大学）；Institute for Quantum Information and Matter and Department of Physics, California Institute of Technology（量子信息与物质研究所和物理系，加州理工学院）
研究多量子比特系统中随机态和单位ary操作的合成复杂性，通过计算和物理两种方法分析，发现计算复杂性随量子比特数指数增长，而物理复杂性增长更慢。
2026-11-06 quant-ph
Implementation of bipartite or remote unitary gates with repeater nodes
我们提出了一些协议来实现两个远程方之间的中继器节点的帮助下，各种类的二分酉操作。我们还提出了一个协议，以实现一个单量子位幺正的参数确定的远程方的帮助下，多达三个中继节点。假设相邻节点之间由噪声光子通道连接，可以相当准确地实现局部门，而存储器的退相干是显著的。幺正通常是量子网络中更大计算或通信任务的一部分，为了减少网络其他系统中的退相干量，我们专注于节省实现幺正的总时间（包括纠缠准备时间）的目标。我们回顾了一些以前研究的协议，实现二分酉使用本地操作和经典的通信和事先共享纠缠，并将它们应用到没有事先纠缠的中继节点的情况。我们发现，使用分段纠缠相邻节点之间的协议往往需要更少的总时间相比，准备纠缠的两个端节点之间的第一，然后执行先前已知的协议。对于一般的二分酉，随着中继节点数量的增加，总时间可以接近从一个端节点到另一个端节点的直接信号传输的时间成本。我们还证明了一些下界的总时间时，有少量的中继节点。讨论了其在基于位置的密码学中的应用。
2016-08-19 quant-ph
