Extracting and Storing Energy From a Quasi-Vacuum on a Quantum Computer
针对传统QET提取能量会耗散到经典设备的问题，本文提出加入额外量子比特的增强协议，将能量存入量子寄存器，并在IBM超导量子计算机上验证其可行性。
2024-09-06 quant-ph
Chemistry on quantum computers with virtual quantum subspace expansion
在量子计算机上模拟化学系统仅限于最小基础上的几个电子。我们通过实验证明，虚拟量子子空间展开[Phys. Rev. X 10，011004（2020）]可以实现氢和锂二聚体的完全基精度，与需要20个或更多量子位的模拟相当。我们开发了一种方法来最大限度地减少实验噪声对广义本征值问题稳定性的影响，广义本征值问题是量子算法的关键组成部分。此外，我们能够获得一个准确的势能曲线的氮二聚体在量子模拟在经典计算机上。
2021-06-15 physics.chem-ph quant-ph
Subspace Diagonalization on Quantum Computers using Eigenvector Continuation
量子子空间对角化（QSD）方法是量子-经典混合方法，通常用于通过将哈密顿量投影到较小的子空间来找到基态和激发态能量。在应用这些方法时，从基的完备性和在量子计算机上实现的效率的角度来看，子空间基的选择是至关重要的。在这项工作中，我们提出了本征向量延拓（EC）作为QSD方法，在参数空间中的不同点的哈密顿量的低能态被选为子空间的基础。这种独特的选择使得能够以最小的硬件工作量快速评估低能光谱，包括基态和附近的激发态。作为一个特别的优点，EC能够捕获对应于问题的不同对称扇区的跨基态交叉的频谱。我们证明了这种方法的相互作用自旋模型和分子。
2022-09-21 cond-mat.other cond-mat.str-el quant-ph
Perturbative Analysis of Quasi-periodic Patterning of Transmon Quantum Computers: Enhancement of Many-Body Localization
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）
本研究提出利用超周期模式替代随机性以增强转子量子计算机的多体局域化，通过微扰理论分析验证其有效性。
2024-03-21 cond-mat.dis-nn quant-ph
Cost-efficient QFA Algorithm for Quantum Computers
量子有限自动机（QFAs）的研究是探索有限存储量子计算机的可能途径之一。尽管Moore-Crutchfield量子有限自动机（MCQFA）是最受限制的模型之一，但在识别某些语言（如$\mathtt{MOD}_p = \{ a^{j} \mid j \equiv 0 \mod p\}$，其中$p$是素数）时，MCQFA被证明比经典的有限自动机模型具有指数级的简洁性。在本文中，我们提出了一个修改的MCQFA算法的语言$\mathtt{MOD}_p$，它的运营商选择的基础上，在现有的实际量子计算机的基础门。因此，我们得到更短的量子程序使用更少的基础门相比，在文献中给出的原始算法的实施。
2022-12-12 cs.FL quant-ph
Reduced basis algorithm for solving nonlinear differential equations on quantum computers
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia, Center for Life Nano-Neuroscience at la Sapienza（意大利技术研究院基金会，罗马第一大学生命纳米神经科学中心）
提出约化基算法（RBA），通过时间离散化、组合多项式更新映射并构建线性RBA算子，精确再现多步非线性动力学，将量子计算资源需求降至对数级别。
2026-06-12 cs.NA math.NA quant-ph
Better accuracy with fewer qubits: Single-particle basis set optimization for quantum chemistry on quantum computers
Centre for Quantum Engineering, Research and Education, TCG CREST（TCG CREST 量子工程研究教育中心）；Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR)（科学与创新研究学院）
该研究针对近期量子计算机的噪声限制，通过遗传算法优化生成MSTO-kG基组，在相同或更少量子比特数下，可实现优于或相当于6-31G、cc-pVQZ等基组的量子化学计算能量，降低了量子化学计算的量子资源需求。
2026-08-25 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Direct observation of dynamical quasi-condensation on a quantum computer
School of Physics, The University of Melbourne（墨尔本大学物理学院）
本研究针对一维硬核玻色子量子猝灭后动力学现象实验观测难的问题，采用线路压缩技术在IBMQ上以可忽略Trotter误差模拟长时间动力学，直接观测到准凝聚，证明量子模拟可为HCB物理研究提供观测途径。
2024-11-04 quant-ph
Fundamental limits of superconducting quantum computers
连续自发局域化（CSL）模型是量子力学的另一种表述，它引入了非线性耦合到波函数的噪声来解释其坍缩。我们考虑了超导transmon量子比特量子计算机的CSL效应。作为一个直接的影响CSL减少量子比特的计算基础状态的量子叠加：我们显示的减少率是微不足道的小。然而，CSL的间接效应，即噪声引起的耗散，也会通过产生额外的准粒子导致transmon量子位退相干。由于传输子量子比特的退相干速率依赖于准粒子密度，通过计算CSL诱导的量子比特产生速率，可以估计相应的准粒子密度，从而估计CSL对传输子量子计算机性能的限制。我们表明，CSL可能会破坏大型设备上的实际算法的量子计算。我们进一步探讨了在超导器件上测试CSL效应的可能性。
2022-01-13 cond-mat.supr-con quant-ph
Creating and manipulating a Laughlin-type $ν=1/3$ fractional quantum Hall state on a quantum computer with linear depth circuits
本文提出了一种在数字化量子计算机上产生与Laughlin的$ν=1/3$分数量子Hall态等价的多体态的有效量子算法。我们的算法只使用作用于准一维设置中的相邻量子比特的量子门，并且其电路深度与量子比特的数量成线性关系，即，第二量化图像中朗道轨道的数量。我们确定关联函数，作为劳克林状态的签名，并讨论如何在量子计算机上获得它们。我们还讨论了在Laughlin态中产生准粒子的算法的推广。这为几个重要的研究铺平了道路，包括非平衡动力学的量子模拟和量子霍尔态准粒子的编织。
2020-11-07 cond-mat.str-el quant-ph
Canonical Quantization, Quasi-Hermiticity, Observables and the Construction of Complete Basis Sets
我们考虑了量子力学非谐振子的各种“系统引导”基组的设计问题。利用基于超对称量子力学的思想，我们设计了通常的位置和动量的正则变换，以生成具有单位泊松括号的广义“类笛卡尔位置W和动量p_W”。这些量子化后狄拉克，导致一个无限的家庭潜在的“运营商可观的”。基本的问题是，除了一个算子之外，所有算子在原始位置表示中都不是厄米特算子（形式上是自伴的）。我们表明，由此产生的运营商是“准厄米特”相对于x-表示，所有的厄米特在W-表示。根据如何处理经典动量p_W表达式中正则变换的雅可比矩阵，量化会产生a）连续互无偏基（MUB）b）正交基（具有狄拉克δ归一化）c）双正交基（具有狄拉克δ归一化）d）新的W谐振子产生标准正交基（作为W的函数）和相关的相干态。MUB包括W-广义傅里叶变换核，其特征向量是W-谐振子本征态，具有谱（p/mi，p/mi）。W、p_W满足不确定度乘积关系：Δ-W * Δ-p_W gte 1/2。
2017-01-10 quant-ph
Solving Gauss's Law on Digital Quantum Computers with Loop-String-Hadron Digitization
我们表明，使用SU（2）格点规范理论（arXiv：1912.06133）的环弦强子（LSH）表述作为数字量子计算的基础，可以轻松地解决一个重要的基本问题：准确地实现规范不变性（或高斯定律）。我们首先讨论LSH希尔伯特空间在$d$空间维度上的结构，它的截断，以及它的量子比特数字化。规范理论模拟中的错误检测和减轻将受益于物理“神谕”，因此我们分解了标记规范不变波函数的电路。然后，我们分析了逻辑量子比特成本和纠缠门数涉及的协议。LSH基可以比Kogut-Susskind型表示基节省或花费更多的量子比特，这取决于基的数字化方式以及空间维度。许多其他明显的好处鼓励未来的研究应用这一框架。
2020-07-10 hep-lat hep-th quant-ph
Quantum subspace expansion algorithm for Green's functions
我们提出了一个算法来计算格林函数的量子计算机上的相互作用的电子系统，这是一个具有挑战性的任务，在传统的计算机。它使用基于Lanczos方法的连分数表示，其中波函数被扩展为量子子空间内的基态的线性组合。虽然在传统计算机上，计算的成本随着系统大小呈指数增长，将该方法限制在小系统上，但通过在量子计算机上表示基态，可以克服这种指数缩放障碍。我们提出了一个两级多重网格Trotter时间演化的量子线路，它利用了对Trotter错误的子空间扩展的鲁棒性的基础状态的有效准备。利用量子模拟器，我们演示了无限配位的Bethe晶格上的哈伯德模型的算法，并将其映射到动力学平均场论中的16量子比特Anderson杂质模型.我们的算法计算格林函数准确地为金属和莫特绝缘制度，与电路深度几个数量级以下已提出使用时间演化。两级多重网格时间演化减少了计算格林函数所需的Trotter步骤的数量，约为4至6。因此，我们期望该方法可以用于近期的量子计算机，用于中等系统大小，同时允许在未来的容错量子计算机上扩展到更大的电路深度和量子比特数。
2022-12-06 quant-ph
Resource Efficient Chemistry on Quantum Computers with the Variational Quantum Eigensolver and The Double Unitary Coupled-Cluster approach
应用量子模拟算法获得有噪声的中间尺度量子（NISQ）器件上分子的电子能量，需要仔细考虑描述复杂电子相关效应的资源。在模拟二次量子化问题时，面临的最大挑战是量子比特的数量与分子基的大小呈线性关系。这对化学过程的量子模拟中所包括的基组的大小和相关电子的数量造成了显著的限制。为了解决这个问题，并使NISQ计算机上更逼真的模拟，我们采用了双酉耦合簇（DUCC）的方法，有效地向下折叠相关效应到减小尺寸的轨道空间，通常被称为活动空间。利用下折技术，我们证明了适当构造的有效哈密顿量可以在小尺寸的活动空间中捕获整个轨道空间的效果。将下折预处理技术与变分量子本征求解器相结合，利用DUCC约化的活性空间，在cc-pVTZ基下求解了$\text{H}_2$和$\text{Li}_2$的基态能量.我们将这些结果与全组态相互作用和高级别耦合簇参考计算进行比较。
2020-04-16 physics.comp-ph quant-ph
Alleviating Post-Linearization Challenges for Solving Nonlinear Systems on a Quantum Computer
Canadian Quantum Research Center（加拿大量子研究中心）
本文提出利用Sigma基分解和单位化完成方法，在量子计算机上高效求解非线性系统。
2026-02-06 quant-ph
Quasiprobabilistic imaginary-time evolution on quantum computers
Institute for Quantum Computing, University of Waterloo（滑铁卢大学量子计算研究所）；Department of Physics and Astronomy, University of Waterloo（滑铁卢大学物理与天文学系）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Inria Paris（法国国家信息与自动化研究所巴黎分部）
针对经典模拟虚时演化困难、现有量子算法资源需求高且受噪声影响的问题，提出基于概率误差抵消的准概率虚时演化算法，无需辅助比特且天然抗噪，经数值模拟与IBM量子硬件验证，可用于当前硬件探究量子多体系统物理。
2025-07-21 quant-ph
Quantum Ballistic Evolution in Quantum Mechanics: Application to Quantum Computers
量子计算机是过程的重要例子，其演化可以用单步算子或其伴随算子的迭代来描述。在此基础上，研究了含阶跃算子$T$过程的Hamilton演化.本文的主要限制是量子弹道演化的过程，即运动任意限制在一组不相交或不同的路径上。本文的主要目的是证明一个定理，该定理给出了T必须满足的充要条件，使得该过程存在量子弹道演化的哈密顿描述，即T是部分等距的，并且在一定的基上保持正交性和稳定性.讨论了具有一种和多种基本步骤的量子图灵机的量子弹道演化的简单例子。可以看出，对于非确定性机器，基组可以是相当复杂的，存在很多纠缠。证明了对于任意确定性量子图灵机，给定一个阶跃算子T，若T是稳定的且保持正交性，且量子弹道演化是可能的，则T是可判定的.证明失败，如果T是一个不确定机器的步骤操作符。这是一个悬而未决的问题，如果这样的决策过程存在的非确定性机器。这个问题在经典力学中不会出现。
1996-05-15 quant-ph
Quantum simulations of molecular systems with intrinsic atomic orbitals
在量子计算机上对分子系统进行量子模拟时，通常采用高斯轨道的最小基组。与更现实的基组相比，采用最小基组的量子模拟需要更少的量子比特和量子门，但产生较低精度的结果。实现更精确结果的自然策略是增加基组大小，这反过来又需要增加量子位和量子门的数量。在这里，我们探索使用固有原子轨道（IAO）的量子模拟的分子，以提高能量和性质的准确性，在相同的计算成本所需的最小的基础。我们调查的基态能量和一个和两个身体密度运营商的框架内的变分量子本征求解器，采用和比较不同的Ansätze。我们还演示了使用这种方法在计算的基态和激发态能量的小分子的量子算法的组合，使用IBM量子计算机。
2022-08-16 quant-ph
Demonstrating Quantum Computation for Quasiparticle Band Structures
本文在真实量子计算机上，利用混合量子-经典算法结合量子比特缩减与误差缓解技术，首次演示了准粒子能带结构的第一性原理计算，为量子计算机的实际应用铺平道路。
2023-07-27 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Improved variational quantum eigensolver via quasi-dynamical evolution
变分量子本征求解器（VQE）是一种量子-经典混合算法，适用于当前和近期的量子器件。尽管它取得了初步成功，但人们对它的几个关键方面缺乏了解。VQE存在问题，其禁止朝向量子优势的有利缩放。为了缓解这些问题，我们提出并广泛测试了量子退火启发式，补充VQE。改进的VQE使一个有效的初始状态准备机制，在一个递归的方式，准动力学幺正演化。我们进行了深入的标度分析，寻找海森堡模型的晶格尺寸增加的基态能量，采用高达$40$量子比特的模拟，操纵完整的状态矢量。对于当前的设备，我们进一步提出了一个基准工具包，使用平均场模型和IBM Q设备上进行测试。改进的VQE避免了贫瘠的高原，退出局部极小值，并与低深度电路。现实的门执行时间估计在全功能无差错量子计算机上完成相同计算的计算时间比在经典计算机上实现的量子计算机仿真器上更长。然而，当完整的状态向量不能再存储在经典计算机上时，我们的建议可以预期有助于精确估计超过$50$量子位的基态能量，从而实现量子优势。
2023-03-21 quant-ph
Quantifying quantum coherence via nonreal Kirkwood-Dirac quasiprobability
本文提出利用非实Kirkwood-Dirac准概率虚部的最大$l_1$范数量化量子相干性，证明其满足理想性质、受量子不确定性上界约束，并给出测量方案及统计解释。
2023-09-17 quant-ph
Observation of spin-1 tunneling on a quantum computer
在IBM的量子计算机ibmq-bogota上可以清楚地观察到自旋1隧穿和隧穿导致的能级分裂。自旋-1由两个自旋-1/2实现。在研究量子器件中自旋1的z分量平均值随时间变化的基础上，我们在隧穿结果中发现了自旋1在$|1\rangle$，$|-1\rangle$态之间的振荡.在IBM量子计算机上对描述自旋隧穿的哈密顿量的本征值进行了量化，观察到了能级分裂。
2022-01-21 quant-ph
State-selective EIT for quantum error correction in neutral atom quantum computers
我们提出了一种方法来测量阵列中原子的任意子系综的量子比特状态，而不会显著干扰未测量原子中的量子信息。其想法是首先将原子从量子位基中选择性地转移出来，以便每次将两个状态中的一个置于辅助状态。电磁感应透明（EIT）光将保护大多数状态，而检测光则从辅助状态的原子散射，通过角动量选择规则和精心选择的光偏振，使其不受EIT保护。这两种状态将依次测量，之后可以重新冷却并将原子返回到量子位状态。这些测量可以作为量子纠错的基础。
2022-05-03 physics.atom-ph quant-ph
Nuclear Spectra from Quantum Lanczos Algorithm with Real-Time Evolution and Multiple Reference States
本文研究量子Lanczos算法在原子核能谱计算中的应用，通过实时演化和多参考态方法在量子计算机上高效求解低激发本征态，并验证了球基可降低电路深度。
2023-09-11 nucl-th quant-ph
Sufficient conditions, lower bounds and trade-off relations for quantumness in Kirkwood-Dirac quasiprobability
本文研究KD准概率的量子性与不确定性原理的关联，给出非经典值充分条件，定义两个KD量子性度量并推导其下界及类不确定性关系的权衡关系，还探讨了测量方法与相关诠释。
2024-05-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Encryption of superposition states with Quantum Permutation Pad in IBM Quantum Computers
我们提出了一个实现Kuang和Bettenburg的量子置换垫（QPP）用于加密叠加态。该项目是在目前可用的IBM量子系统上使用Qiskit开发工具包进行的。这项工作扩展了以前报道的实现QPP用于加密基态，并证明了QPP方案的应用并不限于基态的加密。对于该实现，使用了56个2量子位置换矩阵的填充，为QPP算法提供了256位熵。猫的图像被用作该实验的明文。为了产生相应的叠加态，我们应用了本文定义的一种新的算子。然后使用QPP加密这些叠加态，产生叠加密文态。由于缺乏量子信道，我们省略了传输，并在同一个IBM量子系统上执行解密过程。如果存在量子信道，叠加密文态可以作为量子比特传输，并在不同的量子系统上直接解密。我们提供了一个简短的讨论的安全性，虽然重点的文件仍然是实施。之前，我们已经展示了QPP在经典和量子计算机中的运行，为弥合经典和量子系统之间的安全差距提供了一个有趣的机会。这项工作拓宽了QPP的适用性加密的基础状态以及叠加态。
2023-01-25 cs.CR quant-ph
Bloch oscillation with a diatomic tight-binding model on quantum computers
本文提出在量子计算机上采用态矢量基表示少体哈密顿量矩阵，以更高效地模拟少体动力学，并用双原子紧束缚模型验证了其有效性与硬件可行性。
2025-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.other hep-lat
Statistical properties of eigenvalues for an operating quantum computer with static imperfections
我们调查的过渡到量子混沌，引起的静态缺陷，操作量子计算机，有效地模拟一个动态的量子系统，量子映射。对于不同的动力学区域，我们通过分析量子计算机本征值的统计性质，讨论了静态缺陷引起的量子混沌边界。对于小缺陷强度，能级间距统计接近于准可积系统的情况，而在边界以上，它由随机矩阵理论描述。我们已经发现，边界指数下降的数量的量子比特，在遍历和准可积的动力学制度的映射，其特征在于一个复杂的相空间结构。相反，具有可积映射动力学的制度对于静态缺陷保持更稳定，因为在这种情况下，边界仅随量子比特的数量代数地下降。
2002-06-19 cond-mat nlin.CD quant-ph
