Practical Quantum Computing: The value of local computation
随着我们进入有用的量子计算机时代，我们需要更好地理解经典支持硬件的局限性，并开发缓解技术以确保有效的量子比特利用。在本文中，我们讨论了近期量子计算机中的三个关键瓶颈：中央处理单元（CPU）和量子处理单元（QPU）之间的数据传输所产生的带宽限制，往返通信硬件中的延迟延迟，以及高错误率驱动的时序限制。在每种情况下，我们考虑一个近期的量子算法来突出瓶颈：随机基准测试，以展示带宽限制，自适应噪声，中间尺度量子（NISQ）时代的算法的延迟瓶颈和量子纠错技术，以突出量子比特错误率的限制。在所有这三种情况下，我们讨论了这些瓶颈是如何出现在当前的范例中执行所有的经典计算的CPU上，以及如何通过提供访问本地经典计算资源的QPU来缓解这些问题。
2020-09-17 quant-ph
Solving Markov Chains with Analog Quantum Computing: The Fine Print
本文类比Aaronson对HHL算法的细节说明，为计算马尔可夫链平稳分布的首个模拟量子算法提供实际适用性分析，并呼吁加强对此类问题的关注。
2025-08-04 quant-ph
Paramagnetic Materials and Practical Algorithmic Cooling for NMR Quantum Computing
核磁共振冷却是一种使用新的数据压缩技术和简单的量子计算设备来改进NMR光谱学的方法，并提供可扩展的NMR量子计算机。该算法递归地采用两个步骤。系统的计算量子位（qubit）的可逆熵压缩和通过一组快速达到热弛豫的重置量子位从系统到环境的不可逆热传递。是否有可能使用现有技术通过实验证明算法冷却？为了允许实验算法冷却，重置量子位的热化时间必须比计算量子位的热化时间短得多。然而，这样的热化时间比尚未被报道。我们在这里研究了顺磁盐对计算量子比特（碳）和重置量子比特（氢）的热化时间比的影响。我们发现，热化时间比提高了约三倍。基于这一结果，我们的团队和合作者目前正在进行热化和磁性离子算法冷却的实验演示。
2005-11-16 quant-ph
Review article: Linear optical quantum computing
具有光子计数的线性光学是实用量子计算的突出候选者。Knill、Laflamme和Milburn的协议[Nature 409，46（2001）]明确地证明了利用单光子、线性光学元件和投影测量的高效可扩展量子计算是可能的。随后，对该协议的一些改进已经开始弥合理论可扩展性和实际实现之间的差距。我们回顾了原始理论及其改进，并给出了一些实验性的两量子比特门的例子。我们讨论了使用现实的组件，他们在计算中引起的错误，以及如何纠正这些错误。
2006-03-14 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
Teaching quantum computing to computer science students: Review of a hands-on quantum circuit simulation practical
本研究通过动手实践帮助计算机科学学生深入理解量子计算的基本概念和模拟方法。
2025-11-21 cs.ET math.QA physics.ed-ph
Practical Error Suppression and Mitigation for Reliable Quantum Computing
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Shanghai University（上海大学）；Singapore Institute of Technology（新加坡理工大学）
本综述针对量子计算 NISQ 向 FTQC 过渡阶段的硬件错误源，介绍实用错误抑制与缓解方法，探讨其适配编码量子比特的方式，以提升计算可靠性。
2026-08-24 quant-ph
Practical Few-Atom Quantum Reservoir Computing
University of Arizona（亚利桑那大学）；University of New South Wales（新南威尔士大学）
本文提出一种仅由光学腔内少数二能级原子组成的实用量子储备计算框架，通过Mackey-Glass时间序列预测和正弦平方波形分类任务验证其在记忆保持与非线性处理上优于经典储备计算，并展示性能随原子数增加而提升。
2025-11-08 cond-mat.dis-nn quant-ph
Practical blueprint for low-depth photonic quantum computing with quantum dots
Sparrow Quantum（斯帕罗量子）；Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q), The Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所混合量子网络中心）；University of Bristol（布里斯托大学）；NNF Quantum Computing Programme, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所NNF量子计算项目）
本文提出利用量子点和线性光学的低光学深度光子量子计算方案，通过确定性光子源、自适应融合和优化架构，减少光学深度和资源消耗，实现容错计算。
2026-05-14 quant-ph
Teaching quantum information technologies and a practical module for online and offline undergraduate students
《量子信息技术与应用模块》是上海交通大学面向工科类本科生开设的一门新课程。我们为量子计算开发了一个全面的课程，涵盖了量子硬件，量子算法和应用。量子计算方法主要包括通用数字量子计算、模拟量子计算和针对噪声中尺度量子技术的混合量子-经典变分量子计算。此外，我们还设置了一个实践模块，使学生更接近实际行业的需求。学生们将组成一个三人小组，使用任何量子方法来解决优化，金融，机器学习，化学和生物学等领域的问题。此外，这门课程被选为交通全球虚拟课堂计划，因此它是开放给全球学生在环太平洋大学协会在同一时间与离线学生，在一个专门更新的教室。本课程在课程开发、实践模块设置和混合学习等方面的努力使其成为量子科学与技术教育的一个很好的案例研究。
2021-12-13 physics.ed-ph quant-ph
Tensor Decompositions and Adiabatic Quantum Computing for Discovering Practical Matrix Multiplication Algorithms
本文将张量分解表述为 HUBO/QUBO 并利用量子退火发现矩阵乘法算法，提出分解式与整体式两种方法，后者可从理论上搜索更快的固定长度分解。
2024-06-19 cs.DS quant-ph
Q-BEAST: A Practical Course on Experimental Evaluation and Characterization of Quantum Computing Systems
针对量子计算系统实验评估与表征学习复杂的问题，本文提出实践课程Q-BEAST，结合基础概念与实操方法，帮助学生掌握真实量子技术评估能力，支持人才培养并推动HPC与QC的融合。
2025-08-13 cs.ET math.QA physics.ed-ph
Practical application-specific advantage through hybrid quantum computing
量子计算有望解决传统计算机无法解决的技术和工业问题。然而，今天的量子计算机仍然具有有限的可证明的功能，并且预计需要扩展到数百万个量子位才能实现这一吹捧的承诺。实现实际量子优势目标的可行途径是实现量子计算机和经典计算机的融合的混合操作模式。在这里，我们提出了一种基于以内存为中心的异构多处理架构的混合量子云，并将其集成到高性能计算数据中心级环境中。我们证明，利用量子云，我们的混合量子算法，包括量子编码（QuEnc），混合量子神经网络和张量网络，使优化，机器学习和仿真领域的优势。我们显示的优势，混合算法相比，标准的经典算法的计算速度和质量的解决方案。混合量子硬件和软件的进步使得量子计算在今天的实践中非常有用。
2022-05-10 cs.AR cs.SE quant-ph
Practical Quantum Computing: solving the wave equation using a quantum approach
在过去的几年里，已经设计出了几种试图解决偏微分方程求解问题的量子算法。一方面，“直接”量子算法旨在通过执行一个大的量子线路来编码PDE的解。另一方面，变分算法通过执行几个小的量子线路来近似PDE的解，并利用经典优化器。在这项工作中，我们提出了一个实验研究的成本（在一个理想化的硬件从现实的门数据创建的门数和执行时间）与“直接”量子算法之一：波动方程求解器设计的[PCS。Costa，S. Jordan，A. Ostrander，Phys. Rev. A 99，012323，2019]。我们表明，我们的量子波动方程求解器的实现与理论上的大O算法的复杂性。我们还详细解释了实施步骤，并讨论了一些改进的可能性。最后，我们的实现在实验上证明了一些PDE可以在量子计算机上求解，即使选择的直接量子算法需要纠错的量子芯片，这在短期内是不可用的。
2021-06-14 quant-ph
Optimizing Resource Costs: A Practical Guide to Achieving Target Security in Verifiable Blind Quantum Computing
QuTech, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 QuTech）；Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 卡弗里纳米科学研究所）；Quantum Computer Science, EEMCS, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 EEMCS 量子计算机科学）
提出一个框架，通过约束优化求解噪声鲁棒VBQC协议参数，最小化轮次数，并推导启发式公式以快速估计资源，通过离子阱服务器案例展示如何优化速率-保真度权衡以最小化端到端运行时间。
2026-06-29 quant-ph
Single-qubit-gate error below 10^-4 in a trapped ion
对于一个9 Be+俘获离子超精细态量子比特，我们证明了每个随机化单量子比特门的错误概率为2.0（2）x 10^-5，低于通常被认为足以用于容错量子计算的阈值估计10^-4。9 Be+离子被捕获在微制造的表面电极离子阱上方，并利用施加到阱电极的微波进行操纵。实现低单量子比特门错误是构建可扩展量子计算机的重要一步。
2012-04-19 quant-ph
Ion-trap quantum computing in the presence of cooling
本文讨论了利用冷阱离子一步实现量子计算中的双量子比特门操作的方法。所提出的方案对参数波动具有广泛的鲁棒性，其简单性可能有助于增加当前实验中的量子位数。基本思想是利用量子芝诺效应，从一个共同的振动模式上的连续测量，实现门操作具有非常高的结晶度。原则上，选通成功率可以任意高，但与其他方案相当的操作时间只能通过接受低于80%的成功率来获得。
2003-10-19 quant-ph
Teaching Quantum Computing through a Practical Software-driven Approach: Experience Report
量子计算利用自然界的量子定律来实现传统计算机无法有效实现的新型算法，这可能会导致材料科学和化学等关键领域的突破。对受过量子计算基础教育的量子劳动力的需求正在迅速增长，特别是在量子编程方面。然而，很少有非专业人士的产品，很少有关于培训计算机科学和工程专业学生的最佳实践的信息。在这份报告中，我们描述了我们的经验教学本科课程量子计算使用实用的，软件驱动的方法。我们的课程围绕着通过动手编程来教授量子算法，减少了传统书面作业的重要性，而是依赖于自定进度的编程练习（“Quantum Katas”），各种编程作业和最终项目。我们观察到，课程的编程部分帮助学生内化讲座中提出的理论材料。在调查结果中，学生表示编程练习和最终项目对他们的学习过程贡献最大。我们描述了以量子编程为中心的课程的动机，讨论了本课程中使用的主要工件，并为未来改进的课程提供了我们的经验教训和最佳实践。我们希望我们的经验将有助于指导那些希望采用实用方法教授量子计算的教师，并使更多的本科课程能够将量子编程作为选修课。
2020-10-12 cs.ET physics.ed-ph quant-ph
Quantum Computing: Theoretical versus Practical Possibility
如今，人们正在努力建造一台量子计算机。在这里，我没有介绍已经取得的成就，而是引用科学史上的类比，试图瞥见未来可能会发生什么。量子计算在原则上是可能的--没有已知的自然定律阻止它--但迄今为止证明的几个量子比特的规模扩大被证明是极其困难的。虽然这可以被视为仅仅是一个技术或实际的障碍，我认为，这种困难可能是一个症状的新的物理定律等待被发现。我还介绍了“强”和“弱”的新兴立场之间的区别。前者假设存在一个参数的临界值（这个临界值很可能与所涉及的状态的复杂性有关），在这个临界值处，量子力学描述就失效了，换句话说，量子力学将被证明是对实在的不完整描述。后者假设量子力学仍将是一个普遍有效的理论，但建造一台真正的量子计算机所需的经典资源会随着量子比特的数量而增加，这暗示了一个极限原理在起作用。
2011-10-14 physics.hist-ph quant-ph
Integrated Analysis of Performance and Resource of Large-Scale Quantum Computing
要了解大规模量子计算的可行性，需要准确分析量子计算的性能和量子资源。然而，迄今为止报告的大多数分析都集中在统计检查上，即，简单地基于单个数据计算性能和资源，更糟糕的是通常只考虑了几个组件。在这项工作中，为了实现更精确的分析，我们提出了一个实际的量子计算模型的三个组件（\textit{algorithm}，\textit{error correction}和\textit{device}）在一个现实的量子计算机系统架构的综合分析方法。为了实现上述方法，我们开发了一个量子计算框架，该框架由编译、系统和构建块三个功能层组成。该框架首次实现了量子算法从物理量子比特级到系统结构级的映射，并给出了相应的容错方案。因此，该方法可以测量量子计算机实际运行时的动态情况的影响。通过使用我们的方法，我们发现Shor算法分解512位整数需要$8.78\times 10^ 5$小时。我们还展示了如何使用所提出的方法来分析最佳级联水平和代码距离的容错量子计算。
2018-09-21 quant-ph
Energy-Efficient Quantum Computing
在不久的将来，量子计算的一个主要挑战是将稳健的量子位原型按比例放大到实际问题的大小，并实现计算精度的全面纠错。由于谐振控制脉冲中不可避免的量子不确定性，增加量子门的精度伴随着增加的能量消耗的代价。因此，在工作良好的大型量子计算机中，处理器附近的功耗在需要低操作温度的典型系统中似乎大得不可接受。在这里，我们介绍了一种量子位驱动的方法，并表明它有助于减少单量子位门的错误，而不增加每个门的平均功率消耗。以前，由玻色子驱动模式引起的单量子比特门误差被认为与控制脉冲的能量成反比，但我们通过重复使用和校正巡回控制脉冲来规避这一限制。因此，我们的工作表明，散热并不构成根本的限制，但在未来实现大规模量子计算机时，这是一个必要的实际挑战。
2016-09-09 quant-ph
An introduction to one-way quantum computing in distributed architectures
这篇综述对分布式架构中的单向量子计算进行了简单的介绍。单向量子计算作为分布式系统的计算模型，特别是那些依赖于概率纠缠操作的体系结构，显示出显着的承诺。我们回顾了单向量子计算的理论基础，并讨论了在分布式体系结构中利用单向模型的实际问题。
2009-09-09 quant-ph
Quantum Computing in Transport Science: A Review
本文综述了量子计算在交通科学中的应用潜力，重点介绍基于门的量子计算、量子退火和量子机器学习三种范式及其对解决复杂交通系统问题的前景。
2025-03-27 quant-ph
Effective quantum state reconstruction using compressive sensing in NMR quantum computing
随着量子系统维数的增加，重构量子系统态所需的测量次数呈指数增长，这使得高量子比特量子系统的态重构在物理量子计算实验中具有很大的挑战性。压缩传感（Compressive Sensing，CS）是一种有效的量子态重建技术，但在核磁共振（NMR）测量数据较少的情况下，CS能否重建量子态仍是未知数。本文提出了一种有效的基于CS的核磁共振量子态重建方法。与传统的基于CS的量子态重建方法不同，该方法使用的是NMR实验的实际观测数据，而不是Pauli算符的测量数据.我们在实际的NMR计算实验中实现了对量子态的测量，分别用较少的测量次数重建了2、3、4个量子比特的态。该方法易于实现，并且随着系统维数的增加，算法的执行效率更高。实验结果表明，该方法具有较高的效率和准确性，为实际核磁共振中的量子态重建提供了一种新的方法。
2017-06-15 quant-ph
QEnclave -- A practical solution for secure quantum cloud computing
我们介绍了一种名为QEnclave的安全硬件设备，它可以在仅使用经典控件的情况下保护量子操作的远程执行。该设备将安全飞地的经典概念扩展到量子计算，该安全飞地将计算与其环境隔离以提供隐私和防篡改。值得注意的是，我们的QEnclave只执行单量子位旋转，但仍然可以用于保护任意量子计算，即使量子位源被对手控制。更准确地说，将QEnclave连接到量子计算机，控制QEnclave的远程客户端可以安全地将其计算委托给仅使用经典通信的服务器。我们调查我们的QEnclave的安全性建模为一个理想的功能命名为远程状态旋转。我们表明，这种资源，类似于以前介绍的远程状态准备的功能，允许盲委托量子计算具有完美的安全性。我们的证明依赖于委托量子计算的标准工具。工作在抽象密码学框架，我们展示了一个远程状态准备远程状态旋转维护安全的建设。一个直接的后果是削弱了盲目委托计算的要求。虽然以前的委托协议依赖于一个客户端，可以生成或测量量子态，我们表明，这种相同的功能可以实现与客户端，只转换量子态，而不生成或测量它们。
2021-09-21 cs.CR quant-ph
A practical guide for building superconducting quantum devices
量子计算提供了一种强大的信息处理新范式，有可能改变广泛的行业。在追求通用量子计算机的诱人前景的过程中，开发了许多新的知识和专业知识，使得能够构建新颖的量子算法以及越来越强大的量子硬件。特别是，我们见证了电路量子电动力学（cQED）技术的快速发展，它已成为最有前途的物理系统之一，能够解决大规模实现全栈量子计算的关键挑战。在这篇文章中，我们介绍了近年来cQED社区开发的一些最关键的构建模块，以及鲁棒通用量子计算的最新成果。更重要的是，我们的目标是提供一个概要的核心技术的基础上，大多数cQED实验，并提供一个实用的指导新手实验设计，建造，和表征他们的第一个量子设备
2021-09-14 quant-ph
Direct digital synthesis of microwave waveforms for quantum computing
微波领域中的现有技术量子计算实验使用通过用由任意波形发生器（AWG）生成的基带信号调制微波音调而生成的控制脉冲。数字模拟转换技术的最新进展使得直接合成任意微波脉冲成为可能，其采样率高达每秒92千兆采样（GS/s）。这些新的高带宽AWG可以大大简化量子计算实验的经典控制链，实现更先进的脉冲整形，减少需要仔细校准的组件数量。在这里，我们使用高速AWG来研究这种简化方案的可行性。我们的AWG的特点和超导量子位进行随机基准测试，实现低于$5\times10^{-4}$的平均单量子位门错误率。
2017-03-02 quant-ph
Quantum computing and communication with decoherence-free atomic states
在量子计算和量子通信中，为了抵抗退相干对量子比特态相位因子的破坏，利用无退相干态进行量子信息的处理、传输和存储具有重要意义。我们提出了一个在单模腔中利用四个无消相干态的原子实现纠缠和基本量子逻辑门的方案。量子信息的传输可以直接从一个原子到另一个原子，其中腔仅被虚拟激发。讨论了该方案的可能应用和实验要求
2001-11-07 quant-ph
A versatile coherent Ising computing platform
Beijing QBoson Quantum Technology Co., Ltd.（北京量子波源科技有限公司）；School of Artificial Intelligence, Beijing Normal University（北京师范大学人工智能学院）；Ultrafast Laser Laboratory, School of Precision Instruments and Opto-electronics Engineering, Tianjin University（天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光实验室）
本研究提出了一种基于飞秒激光泵浦的相干Ising计算平台，通过优化光学和结构维度显著提升了计算精度和稳定性，并在实际应用中展示了其在解决NP完全问题及分子对接等任务中的潜力。
2025-12-08 quant-ph
Quantum Computing Solution of DC Power Flow
在本文中，我们建模和解决一个基本的电力系统问题，即，直流功率流，使用实际的量子计算机。采用Harrow-Hassidim-Lloyd（HHL）量子算法求解直流潮流问题。求解线性方程组（SLE）的HHL算法比经典计算机提供指数加速。当求解潮流问题的规模和频率变得更大时，加速优势更显着。在这一点上，经过验证的量子计算在电力系统中的应用还不存在。通过本文，我们计划（1）提供一个概念验证，即实际的电力系统问题可以使用量子技术来解决，（2）通过解决一个基本的电力系统问题并应用于许多其他关键的网格问题来建立量子网格基础，（3）应用HHL来解决在许多电力系统问题中具有广泛应用的SLE。考虑到可用的量子计算硬件和软件的限制，小型3总线系统用于测试和演示目的。使用IBM开源量子计算机证明了所提出的方法的优点和有效性，并通过使用4-qubit量子信息处理器的概念验证实验演示报告。
2020-10-06 quant-ph
Practical trapped-ion protocols for universal qudit-based quantum computing
通用量子计算的概念可以推广到多级量子，这在资源使用和算法效率方面提供了优势。囚禁离子是一种原始的、可控的量子系统，为发展基于量子双光子晶体的量子信息处理提供了一个理想的平台。以前的工作还没有充分探讨的实用性，实现捕获离子qudits会计已知的实验误差源。在这里，我们描述了一个通用的一套协议的状态准备，单量子门，一个新的概括的Mølmer-Sørensen门的两个量子门，和一个测量方案，利用搁置到一个亚稳态。我们数值模拟已知来源的错误，从以前的捕获离子实验，并表明，有没有根本的限制，以实现以上的\(99\%\)为三个层次的量子编码在\(^{137}\mathrm{Ba}^+\)离子的结晶度。我们的方法可扩展到更高维度的量子，我们的测量和单量子门协议可以实现\(99\%\)的五个级别的量子。我们确定了在未来工作中进一步减少错误的途径。我们的研究结果表明，三能级囚禁离子量子阱将是一种有用的量子信息处理技术。
2020-05-11 physics.atom-ph quant-ph
Quantum computing for genomics: conceptual challenges and practical perspectives
Center for Omics Sciences, IRCCS San Raffaele Scientific Institute（IRCCS圣拉法埃科学研究所组学科学中心）；Department of Astrophysics, University of Zürich（苏黎世大学天体物理系）
本文探讨了量子计算在基因组学中的应用潜力，指出其在特定优化问题中可能提供加速，但需通过严格验证以避免夸大量子优势。
2025-07-05 physics.bio-ph physics.med-ph quant-ph
Practical Entanglement Distillation Protocols with Quadratic Error Suppression
IBM Quantum, IBM Research Europe – Zurich（IBM量子，IBM欧洲苏黎世研究院）
针对模块化量子计算中模块间操作噪声高的问题，提出一种仅需每模块两个量子比特、利用高保真度本地操作和重复使用同一噪声模块间纠缠操作的实用小规模纠缠蒸馏协议，实现模块间误差的二次抑制。
2026-05-26 quant-ph
Linear Optics to Scalable Photonic Quantum Computing
本文综述了光子量子计算从线性光学向可扩展系统发展的关键进展，涵盖集成平台、高效光源与探测器、量子纠错及玻色采样等突破，展示了其超越经典计算并走向实际应用的潜力。
2025-01-05 quant-ph
State-adaptive quantum error correction and fault-tolerant quantum computing
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）
本研究提出了一种基于量子态适应的错误校正框架，通过利用量子互信息提升容错量子计算的效率与可靠性。
2026-01-30 quant-ph
Teaching Quantum Computing using Microsoft Quantum Development Kit and Azure Quantum
本报告分享了2022-23学年东北大学研究生量子计算课程的教学经验，采用软件驱动的实践教学模式，覆盖量子软件开发全流程，为同类教学提供入门指南。
2023-12-15 physics.ed-ph quant-ph
Quantum computing: a view from the enemy camp
量子计算依赖于在具有许多连续自由度的量子系统内处理信息。这个想法的实际实现需要完全控制多粒子波函数的所有2^n个独立振幅，其中n>1000。从实用的角度讨论了量子计算的原理，并得出结论：在可预见的将来，不会建造工作装置。
2001-10-16 cond-mat physics.atom-ph quant-ph
Experimental Quantum Computing to Solve Network DC Power Flow Problem
目前，量子计算在电网中的实际应用还不存在。本文研究了如何使用量子计算解决一个基本的电网问题，即直流潮流。潮流是最广泛使用的电力系统分析技术，无论是作为独立应用程序还是嵌入其他应用程序中;因此，其快速、准确的解决方案对于电网运营商来说至关重要。我们的研究基于Harrow-Hassidim-Lloyd（HHL）量子算法，该算法在求解线性方程组时比经典算法具有理论上的加速比。利用WSCC 9总线系统对量子计算机进行了实际研究。
2021-06-26 cs.SY eess.SY quant-ph
Advances in Josephson Junction Materials and Processes Toward Practical Quantum Computing
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)（光州科学技术院）；Korea University（高丽大学）；The Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD)（马普物质结构与动力学研究所）；Center for Free Electron Laser Science (CFEL)（自由电子激光科学中心）；Anyon Computing Inc.（Anyon Computing公司）
本文综述了材料科学、器件表征和纳米加工技术如何应对超导量子计算中约瑟夫森结的挑战，探讨了新型材料和工艺的发展对量子处理器的影响。
2026-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Hybrid Meta-Solving for Practical Quantum Computing
针对量子优化优势难以落地的问题，提出Hybrid Meta-Solving混合元求解方法，结合经典与量子优化技术，通过问题分解和半自动构建求解器，在ProvideQ原型中实现并验证了工业适用性，效率不低于经典技术且具备未来超越潜力。
2024-05-15 cs.SE quant-ph
Adiabatic Quantum Computing for Binary Clustering
用于机器学习的量子计算吸引了越来越多的关注，并且最近的技术发展表明，特别是绝热量子计算可能很快就会有实际意义。因此，在本文中，我们考虑这种范式，并讨论如何采用它的问题的二进制聚类。数值模拟证明了我们的方法的可行性，并说明了量子比特系统如何自动地向一个解决方案发展。
2017-06-17 quant-ph stat.ML
Disentangling Hype from Practicality: On Realistically Achieving Quantum Advantage
本文指出，小数据问题和具有超二次加速的量子算法是实现实际量子优势的关键，并据此区分了量子计算的有前景应用与应采用经典方案的应用，强调其在材料科学和化学领域的巨大潜力。
2023-07-02 cs.DS cs.PF physics.pop-ph
Adaptive Basis Sets for Practical Quantum Computing
对H $_2$、H $_2$ O、LiH和BeH $_2$等小体系的电子结构进行精确的化学计算仍然是当前有噪声的中尺度量子（NISQ）器件的一个挑战。其中一个原因是，由于设备的限制，只有最小的基组通常应用在量子化学计算中，这允许人们将计算中使用的量子比特数量保持在最低限度。然而，使用最小基组导致非常大的误差，在计算的分子能量以及势能面的形状。提高电子结构计算精度的一种方法是开发更适合量子计算的小基组。在这项工作中，我们表明，使用自适应基组，其中指数和收缩系数取决于分子结构，提供了一种简单的方法来显着提高量子化学计算的准确性，而不需要增加基组的大小，从而在量子线路中使用的量子比特的数量。作为原理的证明，我们优化了一个用于H $_2$分子量子计算的自适应最小基组，其中指数和收缩系数依赖于H-H距离，并将其应用于IBM-Q量子器件上H $_2$势能面的生成.自适应最小基集达到了双泽塔基集的精度，从而允许人们在量子设备上执行双泽塔质量计算，而无需在模拟中使用两倍的量子比特。这种方法可以以简单的方式扩展到其他分子系统和更大的基组。
2022-11-11 physics.chem-ph quant-ph
A practical applicable quantum-classical hybrid ant colony algorithm for the NISQ era
本文提出将聚类算法与量子蚁群优化（QACO）结合的量子-经典混合算法，以TSP为基准验证其在多数据集上的性能提升，并评估噪声影响，证明该扩展QACO可在NISQ设备上实现大规模优化问题的实际应用。
2024-10-08 cs.NE quant-ph
Fragmentation of Virtual Orbitals for Quantum Computing: Reducing Qubit Requirements through Many-Body Expansion
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Ames National Laboratory（艾姆斯国家实验室）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
该研究提出量子虚拟轨道碎片化方法（Q-FVO），通过多体展开减少量子化学计算中最大活性空间，降低量子比特需求，两体展开能恢复大部分相关能量，还可嵌套于其他方法，沿多维度减少量子资源增长。
2026-07-22 physics.chem-ph quant-ph
Cove: A Practical Quantum Computer Programming Framework
虽然还没有商业存在，量子计算机有能力解决某些类别的问题，这些问题在现有的基于图灵机的（经典）计算机上无法有效解决。要使量子计算机发挥作用，必须存在对其进行编程的方法。目前存在对量子计算机进行编程的提议，但所有现有的量子计算机都存在缺陷，使得它们在商业软件开发环境中不切实际。Cove是一个用于编程量子计算机的框架，它扩展了现有的经典语言以允许量子计算，从而为商业软件开发人员提供了一个量子计算工具包。由于Cove的目标用户是商业开发人员，因此它是一个面向对象的框架，可用于多种语言，并强调完整的文档。Cove的重点并不是软件产品，而是使量子计算对普通开发人员实用的基本概念。
2009-11-12 cs.PL quant-ph
Design of Microresonators to Minimize Thermal Noise Below the Standard Quantum Limit
我们提出了一种新的微谐振器的几何形状进行了优化，以最大限度地提高次标准量子极限（SQL）的性能的设计。预计新设计在10K下工作时，在广泛的频率范围内，热噪声远低于SQL。这种设计的微谐振器的性能将使其能够作为量子非破坏测量的试验台，并打开与许多实际传感应用相关的新的精密测量机制，包括先进的引力波探测器。
2019-11-06 gr-qc quant-ph
Piloting a full-year, optics-based high school course on quantum computing
量子计算曾经被认为仅仅是一种理论上的可能性，但工程和材料科学的最新进展使实用的量子计算机更接近现实。目前，来自世界各地的工业界、学术界和政府的代表正在努力建立培养未来量子劳动力所需的教育结构。在高中阶段，人们对量子计算能力的增长关注较少。本文详细介绍了德克萨斯大学奥斯汀分校开发和试点第一个全年高中量子计算课程的工作。在两年的时间里，参与该项目的研究人员和从业人员学到了一些教学和实践经验，这些经验有助于中学阶段的量子计算课程设计和实施。特别是，我们发现，经典光学的使用提供了一个明确的和可访问的途径，代表量子态和门算子，并促进学习和知识转移到其他科学，技术和工程（STEM）技能。此外，学生们发现，在引入数学模型之前探索量子光学现象有助于理解和掌握材料。
2021-12-30 physics.ed-ph quant-ph
Bridging quantum and classical computing for partial differential equations through multifidelity machine learning
Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
通过多保真度机器学习校正量子计算的低保真度结果，提升偏微分方程求解的准确性与实用性
2025-12-04 cs.LG quant-ph
Developing Programming Assignments for Teaching Quantum Computing and Quantum Programming
本研究介绍了多种用于实践式量子计算教学的编程作业，可帮助学习者掌握量子软件开发全流程的实操技能。
2023-12-15 physics.ed-ph quant-ph
A Cross-Platform Analysis of Practical Quantum Error Correction Codes
RENCI, University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校 RENCI）
研究通过简单统一框架对领先硬件平台和分布式量子计算系统中先进量子纠错码逻辑错误率进行分析估计，考虑代码结构和双比特门开销等因素，可快速估计错误率并找出分布式量子纠错设计的最佳区域。
2026-10-07 cs.ET quant-ph
Practical Considerations for Processing Massive Classical Data via Quantum Oracle Sketching
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）
本文针对量子预言草图处理大规模经典数据的实际需求，提出离线实现并利用DNA指纹识别验证，发现电路过深，需低深度合成与交互式运行时。
2026-09-15 cs.ET quant-ph
Gleipnir: Toward Practical Error Analysis for Quantum Programs (Extended Version)
实用的误差分析是设计，优化和评估的噪声中间尺度量子（NISQ）计算的必要条件。然而，量子程序中的边界错误是一个巨大的挑战，因为量子错误的影响取决于指数级大的量子态。在这项工作中，我们提出了Gleipnir，一种新的方法对实际计算验证的误差范围在量子程序。Gleipnir引入了$(\hatρ,δ)$ -diamond范数，这是一个由近似状态$\hatρ$及其到理想状态$ρ$的距离$δ$组成的量子谓词约束的误差度量。该谓词$(\hatρ,δ)$可以使用基于矩阵乘积状态的张量网络自适应地计算。Gleipnir提供了一个轻量级逻辑，用于基于$(\hatρ,δ)$ -diamond范数度量来推理噪声量子程序中的误差界。我们的实验结果表明，Gleipnir能够有效地为10到100个量子位的真实世界量子程序生成严格的错误边界，并可用于评估量子编译器转换的错误缓解性能。
2021-04-19 cs.PL quant-ph
Quantum Serverless Paradigm and Application Development using the QFaaS Framework
本章提出基于 QFaaS 的无服务器量子计算框架，通过抽象硬件复杂性并提升跨 SDK 与后端的可移植性，简化量子应用开发、部署及服务化实践。
2024-07-03 cs.ET quant-ph
