Cluster state quantum computing in optical fibers
提出了一种在光纤中实现量子计算的团簇态模型的方案，使其具有前馈特性。该方案使用量子比特的时间仓编码。根据先前提出的在光纤中应用任意单量子比特门的方法，提出了用于实现用于簇产生的融合门类型I和II的两种不同方式：完全基于时间仓的编码方案和基于时间仓和偏振的编码方案的组合。此外，在任何所需的基础上的测量方法的目的，这两个编码的集群状态计算的处理进行了解释。
2006-05-12 quant-ph
Experimental realization of one-way quantum computing with two-photon four-qubit cluster states
报道了在双光子四比特团簇态上实现单向量子计算的实验。这是通过开发一个双光子团簇状态源纠缠在偏振和空间模式。利用这个特殊的源，我们实现了一个高效的Grover搜索算法和高保真的双量子比特量子门。我们的实验表明，这种团簇态可以作为一个理想的源和快速，精确的光量子计算的积木。
2007-09-18 quant-ph
Quantum Dot Cluster State Computing with Encoded Qubits
提出了一类基于量子点的团簇态量子计算体系结构。这些架构包括使用单个和多个点作为逻辑量子比特。特别注意的是培根，布朗和惠利引入的超相干量子位[物理学评论快报。{ \bf 87}，247902（2001）]，我们讨论了各种错误的影响，并提出了错误保护的方法。
2005-06-03 quant-ph
Are all Gaussian states also cluster states? Essential diagnostic tools for continuous-variable one-way quantum computing
连续变量（CV）簇态是一种通用的量子计算平台，其在实验上超过了量子位平台的数量级。利用多模压缩高斯态，利用量子光学实现了CV团簇态的室温实现。也已经证明，CV量子计算的容错阈值可以在现实的压缩水平上达到。在本文中，我们表明，标准的方法来设计和表征CV集群状态可以错过纠缠系统中存在的。这种隐藏的纠缠可以用来增加量子计算机的功率，但如果未被检测到，它也会阻碍量子算法的成功实现。通过对高斯态结构的详细分析，我们推导出了一种算法，该算法可以揭示任意高斯态中隐藏的纠缠，并优化其在单向量子计算中的应用。
2021-07-23 quant-ph
Quantum picturalism for topological cluster-state computing
拓扑量子计算是一种允许精确的量子计算在嘈杂和不完美的硬件上运行的方法。一种实现方式使用通过在高度纠缠的簇状态中形成缺陷而产生的表面码。这种计算方法是大规模量子计算的主要候选者。然而，一直缺乏足够强大的高级语言来描述这种形式的计算，而不求助于单量子位操作，随着系统规模的增加，单量子位操作很快变得非常复杂。在本文中，我们应用的范畴理论工作的Abramsky和Coecke的拓扑簇态模型的量子计算，给出了一个高级的图形语言，使量子过程和物理模式的测量在计算机之间的直接翻译-“编译器语言”。给出了图形信息流与拓扑信息流的等价性，并给出了该计算模型的重写代数。我们表明，这给了我们一个原生的图形语言的拓扑量子算法的设计和分析，并完成讨论自动化这一过程的可能性在大规模上。
2020-01-13 quant-ph
High-threshold quantum computing by fusing one-dimensional cluster states
提出一种仅用一维簇态和融合测量的测量型容错量子计算模型，模拟显示其阈值高于其他模型，对噪声容忍度高，为可扩展光子量子计算提供可行路径。
2023-07-17 quant-ph
Deterministic multi-mode gates on a scalable photonic quantum computing platform
量子计算可以用许多不同的硬件平台和计算协议来实现。一个非常有前途的方法，以促进可扩展性是应用一个光子平台结合测量诱导的量子信息处理协议，其中门操作是通过光学测量实现的多体纠缠量子态-一个所谓的集群状态。目前，已经有几个非普适或不可扩展的簇态量子门被实现，但用于普适可扩展量子计算的全套量子门还没有实现。我们提出并证明了确定性实施的一组多模式的测量诱导量子门在一个大的二维（2D）光团簇状态使用相位控制连续变量正交测量。每个门被简单地编程到高效率的正交测量的相位，通过集群状态的隐形传态执行变换。使用这些可编程门，我们演示了一个小型的量子线路组成的10个单模门和2个双模门的三模输入状态。在此平台上，如果改善团簇态的纠缠度，并提供Gottesman-Kitaev-Preskill量子比特，容错的通用量子计算将成为可能.此外，它在电信波长下工作，因此可以在没有量子换能器的情况下进行网络连接。
2021-08-28 physics.optics quant-ph
Generation of high-fidelity four-photon cluster state and quantum-domain demonstration of one-way quantum computing
实验证明了一个简单的方案，可以制备保真度超过0.860 $\pm$ 0.015的四光子纠缠团簇态。我们表明，保真度是足够高，以保证所产生的状态是区别于Greenberger-Horne-Zeilinger，W，和迪克类型的真正的四量子比特纠缠。我们还演示了利用产生态进行单向量子计算的基本操作，并表明输出态的纠缠度超过了经典界，这表明产生态中的纠缠对量子操作有本质的贡献.
2008-06-04 quant-ph
One Polynomial Strategy for Computing Local Projections on Square-Lattice Cluster States
本研究针对方格簇态的局域投影计算问题，提出一种在有界存储下步骤数与量子比特数$N$成多项式关系的策略，为理解量子算法优势及相关量子模型的数值分析局限提供参考。
2025-06-17 quant-ph
Minimizing Photonic Cluster State Depth in Measurement-Based Quantum Computing
针对基于MBQC的光子量子计算中簇态深度影响执行时间与误差的问题，本文提出基于动态规划的编译框架FMCC，可高效最小化簇态深度，并在五种算法上显著优于现有框架。
2023-12-18 cs.AR quant-ph
Adiabatic Cluster State Quantum Computing
量子计算的模型很重要，因为它们改变了实现通用量子计算（QC）的物理要求。例如，单向QC需要制备纠缠“簇”状态，然后对该状态进行自适应测量，这是一组不同于标准量子线路模型的要求。在这里，我们介绍了一个模型的基础上单向QC，但没有测量（除了最后读出），而是使用绝热变形的初始基态是集群状态的哈密顿量。这为利用单向QC的丰富结果建立更可行的绝热方案提供了可能。
2010-01-15 quant-ph
High-fidelity gate operations for quantum computing beyond dephasing time limits
实现具有超过可靠量子计算的阈值的精度的量子门需要鲁棒的门，其性能不受可用控制字段的精度的限制。这些门的性能也不应该受到量子寄存器的噪声环境的影响。在这里，我们使用随机基准测试的量子门操作来比较不同的家庭的门，补偿控制场振幅的误差和去耦系统的环境噪声的性能。我们获得了高达99.8%的平均量子效率，这超过了某些量子纠错方案的阈值，也超过了环境引起的退相的预期极限.
2015-06-15 quant-ph
Fault-Tolerant Measurement-Based Quantum Computing with Continuous-Variable Cluster States
关于高斯连续变量团簇态的一个长期悬而未决的问题是，它们是否能够实现基于测量的容错量子计算。答案是肯定的。簇中高于20.5dB阈值的初始压缩确保来自作用于编码量子位的有限压缩的误差低于已知的基于量子位的纠错码的容错阈值。通过与这些代码之一级联并使用基于辅助的纠错，理论上无限长度的容错测量量子计算是可能的，具有双压缩簇态。
2014-04-03 quant-ph
Quantum Computing with Continuous-Variable Clusters
连续变量的团簇态提供了实现量子计算机的潜在有前途的方法。本文扩展和进一步完善的理论基础和实验实施协议。我们通过光子探测给出了立方相位门的团簇态实现，它与零拍探测一起，促进了通用量子计算。此外，我们描述了通过无源线性光学产生任意图形状态所需的离线压缩资源。最重要的是，我们证明了有普遍的状态，每模式的离线压缩不增加集群的大小。通过引入连续变量图状态的简单表示，分析了图状态在可测条件下的变换和泛连续变量资源状态的存在性。
2009-03-19 quant-ph
Graph State Generation Based on Quantum Photonic Devices, Enabling Measurement-Based Quantum Computing
研究基于量子光子器件的图态生成助力基于测量的量子计算，回顾相关概念后，探讨光子簇态资源确定性生成，强调逆设计技术对生成高质量、可扩展的光子簇态以实现量子计算的重要性。
2026-07-21 quant-ph
One-way quantum computing with arbitrarily large time-frequency continuous-variable cluster states from a single optical parametric oscillator
单向量子计算在实验上很有吸引力，因为它只需要对称为团簇状态的纠缠资源进行本地测量。记录大小，但非普遍的，连续可变的集群状态最近分别在时域和频域中被证明。我们建议将这些方法结合到一个可扩展的架构中，其中一个单一的光学参量振荡器和简单的干涉仪纠缠到（$3\times 10^3$频率）$\times$（无限数量的时间模式）到一个新的和计算通用的连续变量集群状态。我们引入了一个广义的测量协议，使这种新的纠缠资源的计算性能得到改善。
2016-09-28 quant-ph
Streamlined quantum computing with macronode cluster states
连续变量簇状态在与量子比特到玻色子模式的Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）编码一起使用时允许基于容错测量的量子计算。对于四轨晶格宏节点簇状态，其结构是由一个固定的，低深度的分束器网络定义的，我们表明，Clifford门和GKP误差校正可以同时实现在一个单一的隐形传态步骤。我们给出了实现Clifford生成集的具体方法，并计算了有限压缩下的逻辑门错误率。我们发现，$10^{-2}$ - $10^{-3}$的逻辑错误率，兼容的阈值的拓扑码，可以实现与压缩11.9-13.7 dB。提出的协议消除了现有方案中存在的噪声，并在当前最先进的光学实验范围内提出了容错所需的挤压。最后，我们展示了如何直接在簇状态中产生可扩展的GKP魔态。
2022-01-04 quant-ph
Coupled cluster downfolding techniques: a review of existing applications in classical and quantum computing for chemical systems
在这篇手稿中，我们提供了一个概述的耦合集群（CC）向下折叠的方法，量子系统的基态问题是通过有效的/向下折叠的哈密顿定义使用活性空间的最新发展。这里讨论的所有CC下折技术都来自基态问题的单参考指数分析。我们讨论了几个扩展的非厄米和厄米向下折叠的方法的时域和所谓的量子流。我们强调了向下折叠形式主义在将化学应用从嘈杂的量子设备过渡到可扩展和纠错的量子计算机中的重要作用。
2023-02-28 quant-ph
Limitations of quantum computing with Gaussian cluster states
我们讨论了高斯团簇态在基于测量的量子计算中的潜力和局限性。利用高斯投影纠缠对态（GPEPS）的框架，我们证明了无论对分布在一般图上的系统进行怎样的高斯局域测量，量子信息的传输和处理都不可能超过一定的影响区域，除了指数抑制的修正.我们还证明，即使在任意的非高斯局部测量，有限宽度的高斯集群状态的板不能携带逻辑量子信息，即使在连续变量（CV）系统中的量子比特的复杂编码是允许的。这一点可以通过适当收缩代表无限维量子系统的张量网络来证明。这一结果可以看作是对高斯簇态的量子纠错和容错的要求的提高，并指出了基于测量的量子计算对非高斯资源态的必要性。这些结果同样可以看作是高斯量子中继网络。
2010-05-17 cond-mat.other quant-ph
Quantum computing with spin cluster qubits
研究了具有均匀和非均匀耦合常数的各向同性（Heisenberg）和各向异性（XY和Ising类）交换相互作用的有限自旋链的低能态.我们发现，对于奇数个网站的自旋团簇量子比特可以定义的基态的双重。这种量子位对团簇内自旋的位置和耦合各向异性非常不敏感。利用磁场和团簇间交换可以产生单量子比特和双量子比特的量子门，并且量子门运行时的泄漏很小。自旋团簇量子比特继承了单自旋的长退相干时间和短门操作时间。因此，控制单自旋对于实现通用量子门是不必要的。
2003-02-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum computing with antiferromagnetic spin clusters
我们发现，一个广泛的自旋团簇与反铁磁团簇内交换相互作用允许一个定义一个量子比特。对于这些自旋簇量子位，初始化、量子门操作和读出可以使用与单自旋相同的技术。自旋簇量子位的量子门操作不需要控制簇内交换相互作用。实现量子门所需的电场和磁场只需要在自旋簇的长度尺度上控制，而不是在单个自旋的尺度上控制。在这里，我们计算的能隙分离的逻辑量子比特状态从下一个激发态和矩阵元素，决定量子门的操作时间。我们讨论了由s=1/2自旋的一维和二维阵列形成的自旋团簇量子比特以及由s>1/2自旋形成的团簇。我们说明了自旋团簇量子比特的各种建议的实现自旋量子比特的优势，并分析了自旋团簇大小的退相干时间的标度。
2003-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupled cluster method tailored with quantum computing
提出一种基于定制化耦合簇方法的计算框架，通过计算基态层析成像提取量子态并嵌入经典耦合簇拟设，有效校正活性空间近似忽略的电子相关性，在标准耦合簇失效时仍能准确计算分子势能曲线和反应活化能。
2024-04-15 quant-ph
Practical Topological Cluster State Quantum Computing Requires Loss Below 1%
当量子比特在计算过程中消失时，表面码就不能使用了;相反，一种被称为拓扑簇态的变体是必要的。它的门错误阈值为0.75%，并且只需要在2D量子位阵列上的最近邻相互作用。先前使用此代码进行的损失容限工作仅考虑测量期间量子位消失。首先，我们还包括两个量子比特门和初始化过程中的量子比特丢失，然后额外考虑当邻居试图与不存在的量子比特纠缠时发生的相互作用错误。在这样做时，我们表明，即使是我们最好的情况下，需要低于1%的损失率，以避免相当大的空间-时间开销。
2014-09-17 quant-ph
Optimizing Compilation for Distributed Quantum Computing via Clustering and Annealing
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁斯分校）
本文提出通过聚类和退火优化分布式量子计算编译，有效降低目标值，提升异构量子系统的映射效率。
2025-08-21 cs.DC quant-ph
Quantum Computing in the NISQ era and beyond
噪声中尺度量子（NISQ）技术将在不久的将来推出。具有50-100个量子比特的量子计算机可能能够执行超过当今经典数字计算机能力的任务，但量子门中的噪声将限制可以可靠执行的量子线路的大小。NISQ设备将成为探索多体量子物理的有用工具，并且可能有其他有用的应用，但100量子比特量子计算机不会立即改变世界-我们应该将其视为迈向未来更强大量子技术的重要一步。量子技术专家应该继续努力，争取更精确的量子门，并最终完全容错量子计算。
2018-07-31 cond-mat.str-el quant-ph
Computer Science Challenges in Quantum Computing: Early Fault-Tolerance and Beyond
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；UCSD（加州大学圣地亚哥分校）；University of Chicago（芝加哥大学）；Georgia Tech（佐治亚理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）；Northwestern University（西北大学）；U Maryland（马里兰大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本文探讨了量子计算中早期容错技术面临的计算机科学挑战，强调算法、纠错、软件和架构的进步对实现容错量子计算的重要性。
2026-01-28 quant-ph
A Quantum Computing View on Unitary Coupled Cluster Theory
本文综述了在量子计算机上变分求解电子结构问题的幺正耦合团簇（UCC）方法及其相关方法。提供了耦合簇（CC）方法的简史，然后对CC理论的制定进行了广泛的讨论。这包括在经典背景下触及该方法和几种变体的优点和困难，其中包括UCC，以激发它们在量子计算机上的应用。在本文的核心部分，详细讨论了UCC算法及其在量子计算机上的实现，此外还讨论了量子计算的几个衍生和相关算法。审查结论与讨论ansätze的统一观点，试图把他们在一个共同的框架，以及在该领域内的开放问题的反思。
2022-03-03 physics.chem-ph quant-ph
Anomalously Slow Cross Symmetry Phase Relaxation, Thermalized Non-Equilibrated Matter and Quantum Computing Beyond the Quantum Chaos Border
高激发态量子多体系统的热化并不一定意味着系统形成方式的完全记忆丧失。这种效应可能为一种量子计算铺平道路，其量子比特数为$n\simeq 100$ --1000，远远超出量子混沌边界。这种热化非平衡物质的一种表现是在90 $^\circ $ cm附近的强烈不对称性。Bi（$γ$，p）光核反应中蒸发质子产率的计算。这种效应是描述在高激发量子多体系统的指数大希尔伯特空间维度的异常缓慢的交叉对称相位弛豫。在上述反应中，这种相位弛豫比能量弛豫（热化）慢大约八个数量级。
2006-02-27 cond-mat.mes-hall nucl-ex nucl-th
Clifford Manipulations of Stabilizer States: A graphical rule book for Clifford unitaries and measurements on cluster states, and application to photonic quantum computing
NSF-ERC Center for Quantum Networks, Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona（亚利桑那大学怀特光学科学学院量子网络 NSF-ERC 中心）
本文提出了一种基于克莱因群框架的图示规则手册，用于高效操作集群态，并展示了其在光子量子计算中的应用。
2023-12-04 quant-ph
Quantum Computing Using Crossed Atomic Beams
量子计算机是一种假想的设备，其中使用量子力学的定律来将一定程度的并行性引入计算中，并且因此可以显著提高经典计算机在某些任务中的计算速度。团簇态量子计算（最近由Raussendorf和Briegel提出）是量子信息处理的一种新范式，它是对传统量子计算模型的一种背离。簇态量子计算机首先创建一个高度纠缠的多粒子态（簇态），在计算过程中将其用作量子资源。信息在计算机中通过对形成簇状态的各个量子位进行选择性测量来处理。我们详细描述了如何可以使用微波腔QED构建一个可扩展的量子计算机，并在偏离传统的理解，计算机作为一个固定的阵列的计算元素，我们表明，集群状态量子计算是非常适合原子束实验。我们表明，所有必要的元素已经单独实现，并在不久的将来，一个真正可扩展的原子束量子计算机的建设可能是一个实验现实。
2006-05-23 quant-ph
Potential and limits to cluster state quantum computing using probabilistic gates
我们建立了必要的资源消耗的界限时，建立集群状态的单向计算使用概率门。重点放在状态准备与线性光门，因为概率特性是不可避免的。我们确定严格的一般界限，以建立一维团簇状态时，最初可用的最大纠缠对的必要消耗单独作用的线性光学量子门，纠缠对和真空模式。由于已知的线性光学门有一个有限的最大成功概率，如我们所示，这相当于找到最佳的经典策略，融合片的线性集群状态。一个正式的概念，经典的配置和策略的概率非故障门。我们研究了可以简单描述的策略的渐近性能，并证明了全局最优策略的性能的最终界。参数采用随机游走和凸优化的方法。这种最优策略也是需要最短存储时间的策略，并且需要最少的概率门调用。对于二维集群状态，我们发现，任何基本的成功概率，一个基本确定性的准备集群状态与二次，因此最佳的，渐近缩放使用纠缠对。我们还确定了一个渗流效应，在状态准备，从一个阈值概率，几乎所有的准备工作将是成功或失败。我们概述了线性光学架构和容错计算的影响。
2007-03-07 quant-ph
Efficient scheme for one-way quantum computing in thermal cavities
提出了一种基于热腔中高效产生二维团簇态的单向量子计算方案。通过在二能级原子中加入一个强经典场，实现了对腔场衰减和热场都不敏感的相位控制门。我们发现，通过数值计算的参数和适当的操作顺序，可以直接产生一个2D团簇态，通过使每两个原子碰撞在一个阵列的腔，可以很容易地实现在实际的腔QED实验。基于Box $^{(4)}$配置中生成的簇状态，作为单向量子计算的一个例子，我们以一种非常简单的方式实现了Grover的四个数据库元素的搜索算法。
2007-04-18 quant-ph
Quantum Computing Beyond Ground State Electronic Structure: A Review of Progress Toward Quantum Chemistry Out of the Ground State
Brown University（布朗大学）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本文综述了量子计算在非基态量子化学领域的发展，包括反应机制、反应动力学和有限温度量子化学，探讨了相关算法及挑战。
2025-09-24 physics.chem-ph quant-ph
Exploring Parameter Redundancy in the Unitary Coupled-Cluster Ansatze for Hybrid Variational Quantum Computing
针对 UCCSD 拟设参数随系统规模不利增长的问题，本文结合自旋适配、小振幅过滤和基于熵的轨道选择识别参数冗余，在小分子上显著减少 VQE 优化参数数与收敛时间。
2023-04-06 quant-ph
Realizations of Measurement Based Quantum Computing
基于测量的量子计算（MBQC）模型通过在高纠缠多体团簇态上采用投影单量子比特测量和经典前馈实现了普适量子计算。在提高量子计算系统的可扩展性方面的快速进步已经使得能够生成用于在各种平台上实现MBQC的大簇状态。这篇评论集中在三个这样的努力，每一个利用不同的量子计算技术，即，超导量子比特、俘获离子量子比特和压缩光子态。MBQC越来越多地应用于可以产生大纠缠资源态但缺乏执行确定性纠缠门的能力的光学平台。
2021-12-22 quant-ph
High Performance Quantum Computing
最近提出的基于光子的大规模量子计算机的架构可扩展性，利用拓扑簇态和光子芯片的理论发展，使我们能够继续讨论大规模量子信息处理（QIP）。在这封信中，我们介绍了一个安全和不安全的拓扑集群主机的模型。我们考虑高性能计算的量子模拟，其中许多用户使用专用服务器场来运行算法并共享量子数据。基于光子学的拓扑集群计算的缩放结构为基于服务器的QIP带来了有吸引力的未来，其中可以构建和/或扩展专用大型机以利用用于个人量子信息处理的理想资源来服务日益饥饿的用户群。
2008-10-14 quant-ph
Strategies for quantum computing molecular energies using the unitary coupled cluster ansatz
变分量子本征求解器（VQE）算法将量子计算机高效计算期望值的能力与经典优化例程相结合，以近似量子系统的基态能量。本文研究了VQE在酉耦合团簇（UCC）模拟分子能量中的应用。我们引入了新的策略，以减少电路深度的UCC的实施和提高优化的波函数的基础上有效的经典近似的集群振幅。此外，我们提出了一种分析方法来计算的能量梯度，降低了几个数量级的梯度估计的采样成本相比，数值梯度。我们说明了我们的方法与四个氢原子，表现出强相关性的系统的数值模拟，并表明，电路深度的VQE使用UCC ananomaly可以减少而不引入显着损失的准确性在最终的波函数和能量。
2018-02-10 quant-ph
Hyperbolic Cluster States for Fault-Tolerant Measurement-Based Quantum Computing
Centre for Quantum Topology and Its Applications (quanTA)（量子拓扑及其应用中心）；Department of Mathematics and Statistics, University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学数学与统计系）；Department of Physics and Astronomy, The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学物理与天文学系）
本文提出双曲簇态，扩展三维簇态至负曲率几何，通过周期双曲晶格分层获得，展示其在容错测量基量子计算中的阈值性能和常数编码率。
2026-03-27 math-ph math.AG math.AT
Weighing matrices and optical quantum computing
单向模型中的量子计算需要准备某些称为簇状态的资源状态。我们描述了光学量子计算中连续变量团簇态的构造与某些矩阵族的存在性之间的关系。相关的矩阵被称为加权矩阵，带有一些额外的约束。我们证明了一些结果，这些矩阵的结构，以及它们相关的图形。
2008-12-12 math.CO quant-ph
