Quantum circuit for three-qubit random states
我们明确地构造了一个量子线路，它精确地产生随机的三量子比特态。最佳电路由三个CNOT门和15个单量子比特基本旋转组成，由14个独立角度参数化。这些角度的显式分布推导出，表明联合分布是一个产品的独立分布的个别角度除了四个角度。
2009-03-24 quant-ph
Quantum Computing Simulation Optimizations and Operational Errors on Various 2-qubit Multiplier Circuits
由于模拟量子计算机需要更多的经典资源，因此高效的算法非常有用。我们分析了创建单个量子位和特定受控量子位矩阵表示的门的算法。此外，我们使用模拟器来研究基于不同概率分布的错误，并研究存在操作错误时不同2量子位乘法器电路的鲁棒性。
2002-08-15 quant-ph
Quantum Circuit Design of Integer Division Optimizing Ancillary Qubits and T-Count
本文提出了一种基于Clifford + T门的具有$n$辅助量子位的整数除法量子线路设计。所提出的量子线路基于恢复除法算法。所提出的整数除法量子线路由（i）条件加法运算的量子线路和（ii）整数减法运算的量子线路组成。为了设计量子整数除法的辅助和T计数优化设计，提出了整数条件加法运算和整数减法运算的优化量子线路设计。与现有的基于量子傅立叶变换的整数量子除法电路相比，该电路在辅助量子比特方面提高了50%，在T计数方面提高了90%.
2016-09-05 quant-ph
Experimental Simulation of Larger Quantum Circuits with Fewer Superconducting Qubits
尽管近期的量子计算设备在所谓的NISQ时代仍然受到量子比特数量和质量的限制，但量子计算优势已经在实验上得到了证明。此外，量子和经典计算的混合架构已成为展示NISQ应用的主要范例，其中低深度量子线路被重复应用。为了进一步扩大NISQ器件可解决的问题规模，还可以通过将量子线路“切割”成不同的片段来减少物理量子比特的数量。在这项工作中，我们实验证明了电路切割方法模拟量子线路涉及许多逻辑量子比特，使用只有少数物理超导量子比特。通过利用线性簇状态的对称性，我们可以估计电路切割的有效性，用于模拟多达33个量子比特的线性簇状态，每个子电路最多使用4个物理量子比特。具体地说，对于12量子比特的线性团簇态，我们发现实验保真度界可以达到0.734，这比在相同的12量子比特超导处理器上直接模拟的保真度界高出约19%.我们的研究结果表明，电路切割是一种可行的方法来模拟量子线路使用更少的量子比特，同时实现更高的电路保真度。
2023-03-02 quant-ph
Constructing quantum circuits for maximally entangled multi-qubit states using the genetic algorithm
数值优化方法如爬山法和模拟退火法已被应用于寻找高纠缠多量子比特态。在这里，遗传算法被应用到这个优化问题--不仅搜索高度纠缠的状态，而且搜索创建这些状态的相应的量子线路。最大（高度）纠缠态的简单量子线路被发现为3，4，5，和6量子比特系统的方法扩展到更多的量子比特的系统进行了讨论。在其他结果中，我们发现了最大纠缠5和6量子比特电路的显式量子线路，分别只有8和13个量子门。我们的方法比以前的一个显着的优点是，它允许非常简单的构造量子线路的基础上发现的量子态。
2010-03-16 quant-ph
Efficient equivalence checking of Clifford-U circuits with shared single-qubit unitaries
The University of Osaka（大阪大学）；The University of Tokyo（东京大学）
本文提出一种高效算法，用于判断由任意单量子比特层与Clifford层交替构成的电路对，在共享单量子比特层的情况下是否等价，适用于变分量子算法和Trotter分解的哈密顿量模拟。
2026-03-13 quant-ph
Characterizing quantum circuits with qubit functional configurations
我们提出了一个用量子位功能组态表征量子线路的理论。任何量子线路都可以被分解为1-qubit酉门和CNOT门的交替序列。每个CNOT序列将当前量子态准备到量子位功能配置层中，以指定下一个1量子位酉序列关于如何共同修改状态向量条目的规则。量子线路上的所有功能配置层定义其类型，其可以包括共享相同配置层的许多其他电路。研究功能组态类型使我们能够共同表征许多量子线路的性质和行为。我们证明了该理论的应用变分量子算法的硬件有效ansatzes。对于潜在的应用，功能配置理论可以允许基于其功能配置类型系统地理解和开发量子算法。
2022-05-12 quant-ph
Efficient quantum circuit synthesis for SAT-oracle with limited ancillary qubit
如何在有限的资源下实现量子预言，这引起了人们的关注。我们设计了两个辅助可调的高效算法来合成SAT问题的关键组件SAT-oracle。以前的工作需要2 m-1个辅助量子位和O（m）个基本门来合成一个m子句的预言机。第一种算法将辅助量子比特的数量减少到2个\sqrt{m}，电路尺寸最多增加8倍。辅助量子比特的数量可以进一步减少到3个，电路尺寸以二次增加。第二种算法旨在减少电路深度。通过利用第二算法，电路深度可以减少到O（log m），具有m个辅助量子位。
2022-06-09 quant-ph
64-Qubit Quantum Circuit Simulation
当量子比特数超过50时，量子线路的经典模拟在空间和时间上都受到限制，这是量子霸权统治的领域。然而，最近，对于超过50个量子位的低深度电路，Google和IBM的团队提出了几种模拟方法。在这里，我们提出了一种模拟方案，可以在短时间内提取大量的测量结果，使用128个节点的集群实现深度为22的通用随机电路的64量子位模拟，以及在单个PC上的56和42量子位电路。我们还估计，在与IBM团队使用的超级计算机相同的超级计算机上，可以在大约16小时内模拟深度为23的72量子位电路。此外，仿真过程是非常可分离的，因此是可并行的，只涉及一些进程间的通信。我们的工作能够以更少的硬件负担模拟更多的量子比特，并为经典模拟提供了一个新的视角。
2018-07-12 quant-ph
Analytical technique for simplification of the encoder-decoder circuit for a perfect five-qubit error correction
更简单的编码和解码网络是更可靠的量子纠错码（QECC）所必需的。如果QECC是从其等价的单向纠缠纯化协议（1-EPP）转换而来的，则可以解析地导出用于完美的五量子比特QECC的编码器-解码器电路的简化。本文介绍了用解析法简化编解码电路的方法，并给出了一个与现有最简单电路一样简单的电路作为例子。这里提出的编码器-解码器电路涉及九个单量子位和两量子位酉运算，其中只有六个是受控非（CNOT）门。
2005-12-23 quant-ph
Two-Qubit Stabilizer Circuits with Recovery I: Existence
了解稳定器电路如何响应不同的输入对于制定有效的资源管理策略非常重要。在本文中，我们进一步研究了使用稳定器操作从两个量子比特状态生成单个量子比特输出的许多方法。特别是，通过限制某些产品状态的输入，我们发现概率操作能够转换稳定器电路的输出回到稳定器电路的输入。这些辅助操作非常适合于恢复目的，并且只需要一个额外的资源辅助就可以成功。由于以这种方式重用量子位，我们提出了一种替代原始状态准备过程的方法，可以降低执行任何涉及非稳定器资源的双量子位稳定器过程的总体成本。
2018-03-16 quant-ph
A Depth-Optimal Canonical Form for Single-qubit Quantum Circuits
给定一个任意的单量子比特操作，一个重要的任务是有效地将这个操作分解成一个（精确的或近似的）容错量子操作序列。我们导出了单量子位量子线路的深度最优标准型，以及将任意单量子位电路精确约化到该标准型的相应规则。我们专注于单量子比特的通用H，T基础，由于其在容错量子计算的作用，并显示我们的形式主义可能会扩展到其他通用基地。然后，我们将我们的正则表示扩展到Solovay-Kitaev分解算法族，以便在多对数时间内找到单量子比特电路的ε-近似。对于给定的单量子位操作，我们发现比以前的最先进的实现明显更低深度的ε近似电路。此外，我们的算法的实现需要显着更少的资源，在计算内存方面，比以前的方法。
2012-06-14 quant-ph
On the simulation of quantum circuits
我们考虑最近的工作，量子线路的模拟使用矩阵乘积状态的形式主义和收缩张量网络的形式主义。我们提供了许多这些结果的简化的直接证明，扩展了一类明确的有效模拟电路（具有有限范围的2-qubit门的对数深度电路）到以下：设C是n个qubit上的任何多晶硅尺寸的量子线路（通常也是多晶硅深度），包括1-和2- qubit门和1-qubit测量（2-qubit门作用于任意对的qubit线）。对于每条量子位线j，令D_j为接触或穿过线j的2量子位门的数量，即应用于量子位i，k的2量子位门的数量，其中i \leq j \leq k。设D=max_jD_j，则量子过程可以在时间n poly（2^D）上经典模拟。因此，如果D=O（log n），则C可以有效地经典模拟。
2006-03-19 quant-ph
Learning shallow quantum circuits with many-qubit gates
本文提出首个计算高效的平均情形算法，用于学习含多量子比特门的浅 QAC$^0$ 电路，并证明所得酉算子可多对数深度综合。
2025-06-09 quant-ph
Quantum circuits for single-qubit measurements corresponding to platonic solids
每个柏拉图固体通过将其顶点解释为布洛赫球上的点来定义单量子比特正算子值测度（POVM）。我们构造简单的电路来实现这种测量和其他简单类型的对称POVM在一个量子比特。每个实现包括一个离散傅立叶变换和一些基本的量子运算，然后在计算基础上进行正交测量。
2003-08-19 quant-ph
Dynamic Qubit Routing with CNOT Circuit Synthesis for Quantum Compilation
本文提出PermRowCol算法，在量子编译中动态重映射逻辑量子比特以路由CNOT门，相比Steiner-Gauss和RowCol减少输出CNOT数量，并可推广至Clifford+T电路及相位多项式综合。
2023-11-15 quant-ph
Optimizing the number of CNOT gates in one-dimensional nearest-neighbor quantum Fourier transform circuit
量子硬件的物理限制通常需要最近邻量子比特结构，其中需要两个量子比特门来构造最近邻量子线路。然而，与单量子位门相比，双量子位门被认为是量子线路的主要成本，因为它们的错误率高。受控非门是与单量子比特门一起实现通用量子线路的典型双量子比特门。在这项研究中，我们构建了一个量子傅里叶变换（QFT）的一维最近邻电路，这是最常用的量子算法之一。与以前的研究相比，我们的方法减少了约60%的CNOT门的数量的n量子比特一维最近邻QFT电路。此外，我们还证明了我们对一维最近邻电路的结果可以应用于量子幅度的估计。
2022-08-30 quant-ph
A universal quantum circuit for two-qubit transformations with three CNOT gates
我们考虑通过CNOT门和单量子比特幺正门实现两量子比特的幺正变换。我们表明，通过一个明确的量子线路，连同本地门三个CNOT门是必要的和足够的，以实现任意幺正变换的两个量子比特。我们还确定了两个量子比特门的子集，可以执行只有两个CNOT门。
2003-08-04 quant-ph
Circuit for Shor's algorithm using 2n+3 qubits
我们尝试在量子计算机上使用Shor算法来最小化分解n位整数所需的量子位数。我们介绍了一个电路，它使用2n+3个量子比特和O（n^3 lg（n））个深度为O（n^3）的基本量子门来实现因式分解算法.该电路在经典计算机上可以在多项式时间内计算，并且是完全通用的，因为它不依赖于要分解的数字的任何属性。关键词：因式分解，量子线路，模运算
2003-02-21 quant-ph
Quantum Teleportation-Inspired Algorithm for Sampling Large Random Quantum Circuits
我们表明，低深度的随机量子线路可以有效地模拟由量子隐形传态启发的算法。通过使用逻辑量子比特来重定向和传送量子线路中的量子信息，可以将原始线路重整为具有更少数量的逻辑量子比特的新线路。我们用该算法模拟了几种随机量子线路，包括1000量子位42深度的一维链电路、125*8量子位42深度的二维网格电路和72量子位32深度的二维Bristlecone电路.我们的研究结果提供了一个存储效率高的方法，具有清晰的物理图像来模拟低深度随机量子线路。
2019-01-15 quant-ph
Decoherence of the flux-based superconducting qubit in an integrated circuit environment
超导的、基于磁通量的量子比特是构建大规模量子计算机的有希望的候选者。我们提出了一个明确的量子力学计算的相干行为的通量为基础的量子比特在嘈杂的实验环境中，如一个集成电路包含偏置和控制电子。我们表明，非热噪声源，如偏置电流波动和磁耦合到附近的主动控制电路，将导致退相干的基于磁通量的量子比特的时间尺度上的最近的实验相干时间测量。
2003-04-04 quant-ph
Circuit QED: Implementation of the three-qubit refined Deutsch-Jozsa quantum algorithm
我们提出了一个协议，通过使用单量子位$σ_z$门，双量子位控制的相位门，和双目标量子位控制的相位门来构建35个$f$控制的相位门的三量子位精化Deutsch-Jozsa（DJ）算法。利用该协议，我们讨论了如何实现三量子比特的精化DJ算法，超导transmon量子共振耦合到一个单一的腔。我们的数值计算表明，这种量子算法的实现是可行的，在目前的电路QED技术。该算法的实验实现将是电路QED向更复杂量子计算迈出的重要一步。
2014-10-12 quant-ph
Non-Markovian qubit dynamics in a circuit-QED setup
我们考虑一个电路QED设置，允许诱导和控制的量子比特的非马尔可夫动力学。非马尔可夫性通过其直接耦合到玻色子模式而在量子位上实施，玻色子模式可控地耦合到其他量子位模式系统。我们表明，这种配置可以实现在电路QED设置由两个初始独立的超导电路，每个电路由一个电荷量子比特和一个传输线谐振器，这是把相互作用的谐振器耦合到电流偏置的约瑟夫森结。我们解决了这个问题，然后进行了深入的调查的涌现非马尔可夫动力学的量子比特。我们的研究可能会服务于第一次实验评估的背景下，在一个多元素的固态设备的非马尔可夫。
2015-03-12 quant-ph
Gradient Analysis of Barren Plateau in Parameterized Quantum Circuits with multi-qubit gates
The University of Tokyo（东京大学）
本文提出了一种通用理论框架，用于分析多量子比特门构建的参数化量子电路的梯度特性，揭示了梯度方差与多量子比特门大小、量子比特数量、层数和有效参数的关系。
2026-02-05 quant-ph
Linear Depth Stabilizer and Quantum Fourier Transformation Circuits with no Auxiliary Qubits in Finite Neighbor Quantum Architectures
在本文中，我们研究了量子体系结构如何影响量子傅里叶变换（QFT）和线性变换的执行效率，这是稳定器/Clifford群电路的重要组成部分。特别是，我们表明，在最常见和现实的物理架构，包括线性最近邻，二维晶格，和有界度图（包含一个链的长度为n），n-qubit QFT和n-qubit稳定器电路可以并行化到线性深度使用没有辅助量子位。我们构造了下界来显示我们方法的效率。
2007-11-15 quant-ph
Quantum Circuit Optimization Based on Dynamic Grouping and ZX-Calculus for Reducing 2-Qubit Gate Count
本文提出一种结合动态分组、ZX演算引导搜索、延迟感知布局与模拟退火的量子电路优化方法，在基准测试中平均减少18%双量子比特门，最多优于经典方法25%。
2025-07-19 quant-ph
An efficient quantum circuit analyser on qubits and qudits
本文提出了一种高效的量子电路分解方案及其Mathematica Notebook，用于分析由单/多量子比特和量子量子门组成的复杂量子线路。特别地，该方案将具有许多条件的多个酉门操作的评估减少到仅两个矩阵加法，而不管条件的数量或门的尺寸。这显著地提高了在经典计算机中实现的量子线路分析器的能力。这也是第一个有效的量子线路分析仪，包括量子逻辑门。
2012-01-17 quant-ph
Qubit logic modeling by electronic circuits and electromagnetic signals
本文提出了一种方法，允许离散空间调制的电磁信号的电子门量子逻辑电路模型。所设计的电路用于模拟一般设计的低尺度量子网络和仅基于其工作叠加原理的量子器件。
2001-08-07 quant-ph
The unitary dependence theory for understanding quantum circuits and states
我们发展了一个幺正相关理论来描述量子线路和态的行为，即量子门如何操纵量子比特并确定它们的测量概率。如果量子比特的测量概率依赖于1-量子比特幺正门的参数，则量子比特依赖于1-量子比特幺正门。一个1量子比特的幺正产生了对目标量子比特的这种依赖，而一个CNOT门将所有的依赖从控制量子比特复制到目标量子比特。输出状态的完整依赖图详细描述了量子位在被操纵或测量时可能具有的连接。与传统的量子线路和态的纠缠描述相比，依赖图提供了更多的实际信息，更容易推广到多量子比特系统，并且对系统分割具有更好的鲁棒性。幺正相关理论是理解量子线路和状态的有用工具，它基于基本门如何影响操纵和测量的实用思想。
2022-04-05 quant-ph
An Optimized Nearest Neighbor Compliant Quantum Circuit for 5-qubit Code
本文提出一种系统化优化稳定子码编码器电路的方法，以五量子比特码为例减少量子门数量，并设计出仅需一个交换门的最近邻兼容电路，优于先前需三个交换门的设计。
2024-10-08 quant-ph
Circuit design implementing longitudinal coupling: a scalable scheme for superconducting qubits
我们提出了一种新的固定频率超导量子比特的电路结构，并展示了它如何可以扩展到具有严格局域相互作用的网格。我们提出的电路QED实现实现了超导量子比特和任意数量的$LC$谐振器之间的$σ_z$型耦合。由此产生的\textit{longitudinal coupling}本质上不同于通常的$σ_x$型\textit{transverse coupling}，后者是最常用于超导量子比特的一种。在固定频率量子比特和具有特定模式的始终开启相互作用的谐振器的网格中，耦合严格限于最近和次最近的相邻谐振器;从来没有任何直接的量子比特-量子比特耦合。我们注意到，只有四个不同的谐振器频率，只有一个唯一的量子比特频率，足以满足该方案的可扩展性。两个相邻量子位之间的受控相位门可以通过量子位上的微波驱动来实现，而不会影响其他量子位。这一事实是该方案的可扩展性的最大优势。
2016-05-02 quant-ph
Exploiting Qubit Reuse through Mid-circuit Measurement and Reset
量子测量对量子计算很重要，因为它在计算结束时提取电路的结果。以前，所有测量都必须在电路末端完成。否则，它将产生重大错误。但现在情况并非如此。最近，IBM开始通过硬件（而不是通过模拟器的软件）支持动态电路。通过中间电路硬件测量，我们可以从三个方面提高电路功效和保真度：（a）减少量子位使用，（b）减少交换插入，（c）提高保真度。我们证明了这一点，使用真实世界的应用程序伯恩斯坦Verizani在真实的硬件上，并表明电路资源利用率可以提高60%，电路保真度可以提高15%。我们设计了一个编译器辅助工具，可以找到和利用量子位重用，保真度，门数和电路持续时间之间的权衡。我们还开发了一种方法，用于确定量子位重用是否对给定应用有益。我们评估了我们的方法的一组代表性的基本应用程序。我们可以减少高达80%的资源使用和电路保真度高达20%。
2023-02-07 quant-ph
Vanishing 2-Qubit Gates with Non-Simplification ZX-Rules
传统的量子线路优化是直接在电路级进行的。或者，可以将量子线路转换为ZX图，该ZX图可以使用ZX演算的规则来简化，之后可以提取简化的电路。然而，最著名的提取程序可以大大增加2量子位门的数量。在这项工作中，我们利用ZX图中的局部变化可以极大地影响提取电路的复杂性。我们使用一对同余（即，非简化重写规则），以生成简化ZX图的局部变体。我们利用模拟退火和遗传算法来探索这些同余产生的等效ZX图的空间，以获得具有较少的2量子位门的简化电路。在随机生成的电路上，我们的方法可以优于低量子位（<10）电路的最新优化技术。在一组先前报道的具有<=14量子位的基准电路上，我们的方法在87%的情况下优于现成的方法，始终将整体电路复杂性降低约15-30%，并消除高达46%的2量子位门。这些初步结果作为一个新的电路优化策略的ZX演算的概念验证。
2022-09-14 quant-ph
Recognizing Small-Circuit Structure in Two-Qubit Operators and Timing Hamiltonians to Compute Controlled-Not Gates
这项工作提出了数值测试，以确定是否有一个双量子比特运营商的简单的量子线路。具体来说，我们描述的公式，写在矩阵系数，表征运营商实现正好零，一个，或两个控制非（CNOT）门和所有其他门是一个量子位。本文给出了一个具有最佳CNOT门数的双量子比特电路综合算法，并以Deutsch-Josza、Shor和Grover等人的量子算法中出现的算子为例进行了说明。在另一个应用中，我们的显式数值测试允许定时给定的哈密顿量来计算CNOT模单量子位门，当这是可能的。
2003-12-31 quant-ph
Hybrid Two-Qubit Gate using Circuit QED System with Triple-Leg Stripline Resonator
我们从理论上提出了一个用三臂带状线谐振器（TSR）实现的电路QED系统。与线性带状线谐振器不同，TSR的基本腔内微波模式是双重简并的。当一个超导量子位被放置在一个TSR腿附近时，一个基模直接耦合到量子位，而另一个保持不耦合。我们的系统非常类似于一个光学腔QED系统，其中一个原子在一个腔耦合到入射光子与特定的偏振放置在前面的光学腔偏振分束器。利用我们的电路QED系统，我们从理论上研究了在由飞行微波量子比特和超导量子比特组成的混合量子比特中的双量子比特量子门操作。我们已经证明，对于混合量子比特，量子控制相位翻转（CPF）门可以可靠地实现实验可用的参数集。
2018-08-08 quant-ph
Reducing circuit depth with qubitwise diagonalization
本研究提出一种逐比特对角化的量子算法，可生成深度为O(n log r)的电路对角化n比特Pauli生成算符，适配低连通性硬件，在随机与分子哈密顿量场景下实现短深度、少双比特门的效果。
2023-12-19 quant-ph
Quantum circuit for multi-qubit Toffoli gate with optimal resource
本文提出仅需一个辅助量子比特、深度O(log n)且大小O(n)的多量子比特Toffoli门电路，并证明无辅助时需指数精度门，凸显辅助量子比特的计算优势。
2024-02-07 quant-ph
Efficiently Building and Characterizing Electromagnetic Models of Multi-Qubit Superconducting Circuits
本文提出基于多端口阻抗函数并结合矢量拟合与有理函数互连的方法，高效构建多量子比特超导电路哈密顿量，并用于估计耦合速率、色散位移和弛豫时间。
2024-05-13 quant-ph
Simulation of Qubit Quantum Circuits via Pauli Propagation
我们提出了新的算法来估计量子位量子线路的结果。值得注意的是，这些方法可以在线性时间内模拟Clifford电路，而无需显式地写下稳定器状态。这些算法优于以前的噪声近克利福德技术的大多数电路。我们确定了一个大类的输入状态，可以有效地模拟，尽管不是稳定器状态。该算法利用从布洛赫向量构造的概率分布，并行先前已知的算法，使用离散维格纳函数qutrits。
2019-03-18 quant-ph
Exact two-qubit universal quantum circuit
我们提供了一种分析的方法来实现任何任意的两个量子比特的幺正操作，给定一个纠缠的两个量子比特的门与本地门在一起。这被证明提供了一个通用的量子线路，精确地模拟任意两个量子比特操作SU（4）的显式结构。该电路中的每个模块都以封闭形式的解给出。我们还提供了一个统一的上限的应用程序的纠缠门，并发现，正好有一半的所有控制酉门满足相同的上限作为CNOT门。这些结果允许在SU（4）中有效地实现量子计算和量子模拟所需的操作。
2003-05-15 quant-ph
Deployment of Large IQP Circuit Born Machines on Qubit-Limited Hardware Using Noise Injection
Korea Institute of Science and Technology Information（韩国科学技术信息研究院）
本文提出一种在量子比特受限硬件上部署大型IQP电路玻恩机的协议，通过逻辑层噪声注入分解电路并重采样缓解误差，实验表明其能提高分布相似性并更好保留相关结构。
2026-09-29 quant-ph
Implementation of a general single-qubit positive operator-valued measure on a circuit-based quantum computer
我们推导出一个确定性协议，以实现一个通用的单量子比特POVM的近期基于电路的量子计算机。该协议具有模块化结构，使得$n$元素POVM被实现为$(n-1)$电路模块的序列。每个模块执行一个$2$元素POVM。该协议的两个变化，一个是最佳的辅助量子比特的数量，另一个是最佳的量子比特门操作的数量和量子线路的深度。我们使用该协议在两个公开的量子计算设备上实现了$2$和$3$元素POVM。我们得到的结果表明，实现非平凡的POVM可能是在目前的噪声量子计算设备的范围内。
2020-01-14 quant-ph
Charge-Qubit-Resonator-Interface-Based Nonlinear Circuit QED
本文探讨了电荷量子比特与微波LC谐振腔感应耦合的非线性电路QED在光子工程和超强耦合多光子量子光学中的应用。简单地扫描栅压偏置就可以实现任意的Fock态脉冲脉塞，其中单个量子比特起着人工增益介质的作用。共振泵浦参量量子比特-谐振腔界面导致谐振腔场的压缩，这对量子限幅微波放大是有用的。此外，在自由驱动系统的稳态下，可以观察到向上和向下的多光子量子跃迁。
2018-09-18 quant-ph
Reducing the CNOT count for Clifford+T circuits on NISQ architectures
在将量子线路映射到物理层时，必须考虑底层硬件架构所施加的众多约束。物理量子位的连接性是一种这样的约束，其将诸如CNOT的两量子位操作限制为“连接的”量子位。交换门可以用来将逻辑量子比特放置在可接受的物理量子比特上，但是它们需要显著增加hocT计数。在本文中，我们考虑的问题，减少在Clifford+T电路的连接受限的架构，如嘈杂的中间尺度量子（NISQ）计算设备的hocT计数。我们“切片”的阿达玛门的位置的电路和“建立”的中间{CNOT，T}子电路使用斯坦纳树，显着改善以前的方法。我们比较了我们的算法的性能，同时将不同的基准电路和随机电路映射到一些众所周知的架构，如9-qubit正方形网格，16-qubit正方形网格，Rigetti 16-qubit Aspen，16-qubit IBM QX 5和20-qubit IBM Tokyo。与Qiskit和TKET转译器以及使用SWAP门相比，我们的方法给出了更少的hocT计数。假设NISQ电路实现中的大多数误差是由于CNOT误差引起的，那么我们的方法将允许电路可靠地实现比以前的方法多几倍的CNOT门。
2022-10-10 quant-ph
Factoring with n+2 clean qubits and n-1 dirty qubits
我们提出了用于执行各种算术运算的可逆经典电路，这些运算由脏辅助（即在电路结束之前必须恢复的未知状态中的额外量子位）辅助。我们将使用Shor算法分解n位数所需的干净量子位的数量从1.5n+O（1）提高到n+2，并辅以n-1个脏量子位，而不增加电路的渐近大小或深度。
2018-01-19 quant-ph
Implementation and readout of maximally entangled two-qubit gates quantum circuits in a superconducting quantum processor
本文在基于 transmon 的 5 比特超导量子处理器上，比较了从单比特到最大纠缠 Bell 电路的性能，提出并验证了“乘积读出概率”和“条件读出概率”两种读出范式，以优化量子算法的输出解释。
2025-03-31 quant-ph
Optimal Quantum Circuits for General Two-Qubit Gates
为了在实验上演示非平凡的量子计算，例如任意纠缠态的合成，理解如何将所需的量子计算分解为最短的单量子比特和双量子比特门序列将是有用的。我们通过提供一种方法来为最多需要3个CNOT门和15个基本单量子位门的一般双量子位门构建最佳量子线路，从而为这一努力做出贡献。此外，如果所需的双量子位门对应于纯实数幺正变换，我们提供了一个最多需要2个hocT和12个单量子位门的构造。然后，我们证明了这些结构是最佳的CNOT，y-旋转，z-旋转，和相位门的家庭。
2004-03-25 quant-ph
Leveraging Secondary Storage to Simulate Deep 54-qubit Sycamore Circuits
在最近的一篇论文中，我们证明了二级存储可以扩展可以用经典算法实际模拟的量子线路的范围。在这里，我们改进了这些技术，并将其应用于具有53和54量子位的Sycamore电路的模拟，其中纠缠模式ABCDCDAB已被证明难以用其他方法进行经典模拟。我们的分析表明，在橡树岭国家实验室的Summit超级计算机上，这种电路可以在几天内以高保真度模拟到任意深度，输出所有的振幅。
2019-10-22 quant-ph
Reduction of circuit depth by mapping qubit-based quantum gates to a qudit basis
通过在U（2）中的旋转，从N个量子比特到D = 2^N个量子比特的双射映射，我们在量子比特基上提出了一组可扩展的通用门和多重控制门。对于每个通用门（H，CNOT和T），以及NOT门和乘法控制Z门，我们描述了一种系统的方法来识别U（2）旋转的集合，以实现大小为N的任何量子点的每个门，并最大限度地使用辅助水平。根据系统的总旋转计数和门深度分析了量子门，系统以D。我们将量子基应用于Grover算法，并将电路深度与系统大小与基于量子位的电路进行比较。结果表明，与量子位电路相比，量子位电路的电路深度随着系统尺寸的增加而显著减小。特别地，多控门是降低基于量子点的系统规模的电路复杂性的驱动因素。
2022-06-15 quant-ph
Multi-Qubit Joint Measurements in Circuit QED: Stochastic Master Equation Analysis
推导了电路量子电动力学中多量子比特对角可观测量的随机主方程。在量子比特衰减可以忽略的情况下，我们的方法取代了以前工作的极化子样变换，这需要对三个量子比特和两个谐振器模式的物理有趣的情况进行冗长的计算。这里介绍的技术使这种计算简单明了，而且显然是正确的。使用这种技术，我们能够证明，寄存器大于一个量子比特下的非马尔可夫主方程的演变。我们进行了数值模拟的三量子比特，从以前的工作中的两个模式的情况下，获得平均测量后状态保真度的$\sim 94\%$，测量引起的退相干和退相的限制。
2017-07-24 quant-ph
Multilevel superconducting circuits as two-qubit systems: Operations, state preparation, and entropic inequalities
我们从理论上研究了四能级超导电路作为两量子比特系统的操作。使用两个量子比特系统上的映射，我们展示了如何通过特定能级对之间的跃迁脉冲来实现iSWAP门和Hadamard门。我们的方法允许人们制备具有相同纯度的约化密度矩阵的期望形式的纯两量子比特纠缠态，特别是任意相同的量子比特约化态。我们建议使用Hadamard门和两个量子比特纠缠态的方案，具有相同的约化密度矩阵，以验证所考虑的非复合量子系统的香农和雷尼熵的$\log{N}$不等式。
2015-04-13 quant-ph
Fast geometric gate operation of superconducting charge qubits in circuit QED
提出了一种利用一维超导传输线谐振器耦合超导电荷量子比特的方案。量子比特工作在它们的最佳点，在那里它们不受电荷噪声的影响，并且具有很长的退相干时间。对相互作用的动力学时间演化进行了分析，结果表明这种相互作用对谐振腔场的初始状态不敏感。该方案实现了快速门操作，并且易于扩展到多量子位场景。
2011-07-09 quant-ph
Graph-based identification of qubit network (GidNET) for qubit reuse
本文提出GidNET算法，通过分析量子电路的有向无环图和候选矩阵优化量子比特重用，在大幅降低运行时间的同时显著缩减电路宽度，有效解决了量子比特重用中最优性与可扩展性的权衡问题。
2024-10-11 quant-ph
Control the qubit-qubit coupling in the superconducting circuit with double-resonator couplers
提出利用双固定频率谐振腔耦合器调节Xmon量子比特间耦合强度的方案，通过间接相互作用抵消实现耦合开关，全局抑制静态ZZ耦合与串扰，并降低磁通噪声。
2023-12-28 quant-ph
