Quantum Correlations in Jahn-Teller Molecular Systems Simulated with Superconducting Circuits
我们探讨了量子关联，特别是量子纠缠，振动声子模式之间，以及电子和振动自由度的分子系统，描述的Jahn-Teller机制。具体而言，为了隔离和简化复杂分子系统中的声子-电子相互作用，我们讨论的基础是Tekin Dereli及其同事在2012年提出的使用超导电路量子电动力学系统（电路QED）模拟双频Jahn-Teller系统的建议。我们评估的量子相关性，特别是振动声子模式之间的纠缠，并提出分析解释使用一个单一的特权Jahn-Teller模式图片。此外，自旋-轨道纠缠或电子和振动自由度之间的量子关联也被检查。最后，我们讨论了实验的可行性，以检测这样的量子关联，考虑到国家的最先进的超导二能级系统（量子比特）的退相和退相干。
2021-10-16 quant-ph
Quantum Circuit Transformation Based on Simulated Annealing and Heuristic Search
量子算法设计通常假设可以访问具有理想特性的完美量子计算机，如完全连通性，无噪声和任意长的相干时间。然而，在噪声中尺度量子（NISQ）器件中，量子比特的数量是高度有限的，并且量子操作误差和量子比特相干性是不可忽略的。此外，量子处理单元（QPU）中物理量子比特的连通性也受到严格限制。因此，必须插入像SWAP门的附加操作以满足该约束，同时保留原始电路的功能。这个过程被称为量子线路变换。增加额外的门将增加量子线路的尺寸和深度，并因此导致量子线路的性能的进一步衰减。因此，最大限度地减少增加的门的数量是至关重要的。在本文中，我们提出了一种有效的方法来解决这个问题。我们首先使用模拟退火选择一个初始映射，它适合与输入电路，然后，与一个启发式的成本函数的帮助下，逐步应用最佳选择的SWAP门，直到电路中的所有量子门可以执行。我们的算法运行在时间多项式中的所有参数，包括输入电路的大小和量子比特数，以及QPU中的量子比特数。它的空间复杂度是QPU中的边的数量的二次方。广泛的现实电路上的实验结果证实，所提出的方法是有效的，可以减少57%的平均输出电路的大小相比，最新的IBM量子设备即IBM Q20（东京）的最先进的算法。
2019-08-23 quant-ph
Code Generator for Quantum Simulated Annealing
本文介绍了QuSAnv1.2和MultiplexorExpander v1.2，这两个免费的Java应用程序。（源代码包含在发行版中。QuSAn是一个量子模拟退火的“代码生成器”：用户输入一些参数后，它输出一个量子线路，用于在量子计算机上进行模拟退火。该量子线路实现了Wocjan等人的算法（arXiv：0804.4259），该算法改进了Somma等人的原始算法（arXiv：0712.1008）。由QuSAn生成的量子线路包括一些量子复用器。应用程序Multiplexor Expander允许用户将这些多路复用器中的每一个替换为一系列更基本的门，例如乘法控制的NOT和量子位旋转。
2009-10-09 quant-ph
Efficient Quantum Circuits for Coherent Conversion Between General First- and Second-Quantized Many-Body Representations
LG Electronics Toronto AI Lab（LG电子多伦多人工智能实验室）
构建显式酉变换Q，实现第一量子化态到固定粒子数占据数表示的相干转换，基于Schur-Weyl对偶的量子Schur变换，门复杂度为poly(N,d,log(1/ε))，并证明经典采样困难。
2026-06-23 quant-ph
Observation of exceptional point in a PT broken non-Hermitian system simulated using a quantum circuit
非厄米系统的简并点--例外点（Exceptional points，EPs），在实验上被证明能极大地提高微腔的灵敏度后，近年来引起了人们的极大关注。与厄米系统中通常的简并不同，在EP处，本征能量和本征向量都合并。虽然一些外来的属性和潜在的应用程序的EP进行了探讨，EP的研究范围在很大程度上是有限的实验能力。一些系统，例如具有高阶EP的系统，很难用常规仿真实现。在这里，我们提出了一个可扩展的方法来模拟非厄米系统的量子线路，其中广泛的EP可以研究。由于控制效应的非对称性和后选择效应，该系统具有固有的奇偶性-时间（PT）破缺。在量子编程框架中实现了一个示例电路，并演示了EP处的相变。考虑到量子线路的可扩展性和灵活性，我们的模型能够模拟具有高阶EP的大规模系统。我们相信这一工作将为量子计算机的更广泛的应用和非厄米系统及其相关的EP的研究提供一个工具。
2020-05-31 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
Quantum Circuit Implementation of Two Matrix Product Operations and Elementary Column Transformations
Zhejiang University of Science and Technology（浙江科技学院）；Capital Normal University（首都师范大学）
本文针对Hadamard积、Kronecker积和初等列变换设计了基于酉变换和辅助量子测量的高效量子电路方案，显著降低了计算深度、量子门使用量及能耗。
2025-11-04 quant-ph
Commuting quantum circuits: efficient classical simulations versus hardness results
对由交换门组成的量子线路的研究对于理解量子计算和经典计算之间的微妙界限特别有用。事实上，虽然是一个受限制的类别，但交换电路表现出真正的量子效应，如纠缠。在本文中，我们表明，计算能力的交换电路表现出令人惊讶的丰富的结构。首先，我们表明，每个2-本地交换电路作用于d-能级系统，其次是单量子点测量可以有效地模拟经典的高精度。与此相反，我们证明，这样强的模拟是很难为3-本地电路。使用采样方法，我们进一步表明，所有由指数泡利算子e^{iθP}组成的交换电路可以有效地进行经典模拟时，其次是单量子比特的测量。最后，我们表明，交换电路可以有效地模拟某些非交换过程，特别是有关恒定深度的量子线路。这证明了交换电路的能力超越了经典计算。
2012-04-20 quant-ph
Error-corrected Hadamard gate simulated at the circuit level
本文首次在电路级噪声下模拟表面码的逻辑Hadamard门，通过补丁变形的两种畴壁方案实现逻辑X和Z弦交换，优化物理电路并证明其逻辑失败概率与量子存储实验相当，还将SWAP纠错轮编译为仅四层双量子比特门。
2024-06-27 quant-ph
Deep Quantum Circuit Simulations of Low-Energy Nuclear States
提出高性能深度量子电路数值模拟方法，通过门融合和电路中测量管理加速验证低能核态制备，成功模拟21量子比特和超1.15亿门的电路。
2023-10-26 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
Universal Quantum Circuits
我们定义并构造了有效的深度泛量子电路和几乎尺寸泛量子电路。这样的电路可以被视为量子电路的中心类的通用模拟器，并且可以用于捕获被模拟的电路类的计算能力。对于深度，我们构造通用电路，其深度与所模拟的电路相同。对于大小，在这里构造的通用电路中存在对数因子爆破。我们证明，这种结构是接近最优的。
2008-04-15 cs.CC quant-ph
Database Reordering for Compact Grover Oracles with ESOP Minimization
Fujitsu Limited（富士通株式会社）
本文提出通过数据库重排与ESOP最小化减少Grover算法中的量子态准备电路，实验表明重排可显著降低电路规模，模拟退火在不同数据库大小下均能有效找到近优解。
2026-04-08 quant-ph
Entaglement-Based Quantum Mean Estimator Circuit
本文提出了一种计算给定量子态平均值的量子线路。该电路通过查询量子随机存储器来获取集合的值，并利用叠加、干涉和纠缠现象来估计$\mathcal{O}(\frac{1}ε\log{Nd})$复杂度的平均值。在IBM Q Experience上对所提出的量子均值估计器电路进行了仿真，结果表明所提出的量子线路具有增强许多基于均值的机器学习算法的潜力。
2019-11-28 quant-ph
Efficient estimation of trainability for variational quantum circuits
针对变分量子电路受贫瘠高原问题影响导致训练难、可训练性难判定的问题，提出基于随机初始化电路到Clifford电路的精确映射的高效梯度计算方法，可验证电路可训练性，已在100量子比特规模验证。
2023-09-07 quant-ph
Quantum simulation of partially distinguishable boson sampling
玻色子采样是从与输入到线性干涉仪中的不可区分的单光子的集合相同的输出概率分布中采样的问题。它已被证明，在一定的计算复杂度的前提下，一般的问题是很难解决的经典，激发光学实验，旨在证明量子计算的“至高无上”。这类实验面临着许多挑战，包括产生难以区分的单光子。我们提供了一个量子线路，可以模拟具有任意可区分粒子的玻色子采样。这清楚地说明了在标准量子线路模型中，可分辨性如何导致退相干，从而获得了深入的了解。该电路的核心是量子舒尔变换，它是从表示论方法到第一次量子化中可区分粒子的物理学。该技术是相当普遍的，并有应用超出玻色子采样。
2018-03-09 quant-ph
Efficiently contractable quantum circuits cannot produce much entanglement
我们显示了两种不同的经典模拟方法之间的相似性测量为基础的量子计算-一个依赖于低纠缠（树张量网络）表示的计算机的状态，和其他张量收缩方法的基础上的拓扑结构的图形状态。我们利用这种相似性来说明，任何可以通过张量收缩有效模拟的量子线路都不能产生太多的纠缠。
2008-02-08 quant-ph
Linear circuit models for on-chip quantum electrodynamics
我们提出的等效电路模型的微波谐振器和量子系统的相互作用。电路模型来自一般的相互作用哈密顿量。模拟的谐振器传输频率，量子位兰姆位移和实验数据之间的定量协议将被显示。我们证明，简单的电路模型，只使用线性无源元件，可以是非常有用的理解系统中，一个小的量子系统耦合到一个经典的微波装置。
2011-06-17 quant-ph
Simulation of fault-tolerant quantum circuits on quantum computational tensor network
在量子计算张量网络的框架下[D. Gross和J. J. J. J.，Phys. Rev. Lett. { \bf 98}，220503（2007）]，其是基于测量的量子计算的一般框架，以张量网络形式表示资源多体状态，并且在张量存在的虚拟线性空间（称为关联空间）中执行通用量子计算。由于计算基中的任何幺正操作、状态准备和投影测量都可以在相关空间中模拟，因此很自然地期望容错量子线路也可以在相关空间中模拟。然而，我们指出，并不是所有的物理错误的物理qudits出现在相关空间中的线性完全正的保迹错误。由于迄今为止已知的容错量子线路的理论假设这样的噪声，这意味着在相关空间中对容错量子线路的模拟对于一般资源状态不是那么简单。
2012-02-15 quant-ph
Simulating quantum circuits with arbitrary local noise using Pauli Propagation
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Dahlem Center for Complex Quantum Systems, Freie Universität Berlin（柏林自由大学达勒姆复杂量子系统中心）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文提出一种多项式时间经典算法，用于高效模拟典型量子电路在任意非相干局部噪声下的可观测量期望值，通过Pauli路径方法证明了在高概率下截断策略可实现反多项式小的模拟误差。
2025-05-24 quant-ph
Gelfand-Tsetlin basis for partially transposed permutations, with applications to quantum information
本文建立部分转置置换代数在 Gelfand-Tsetlin 基下生成元作用的显式公式，并据此构造混合量子 Schur 变换电路，用于优化酉等变信道和指数级改进基于端口的量子隐形传态。
2023-10-03 math.RT quant-ph
Vertex Lattice Models Simulated with Quantum Circuits
经典的平面顶点模型提供了实元素和正元素的转移矩阵，这使得这类模型适合于量子模拟。在这项工作中，我们支持这一说法，建立明确的量子线路，实现任意多量子比特状态的传输矩阵的行动。量子比特的数量和电路的深度随着系统的大小线性增长。此外，我们目前的测试使用量子模拟器，并证明，重要的物理量可以提取，如对应于传输矩阵的最大本征值的本征向量和第二个到第一个最大本征值的比率。讨论了传输矩阵的非幺正性带来的挑战。
2021-10-31 cond-mat.str-el cs.ET quant-ph
The Norton Theorem for Quantum Circuits and Systems
Dartmouth College（达特茅斯学院）
研究量子电路与系统的诺顿定理，通过高斯消元法等将有限维薛定谔动力学划分，给出约化方程，其在电路表示中对应诺顿导纳和电流源，该定理适用于多种量子系统并可进行多端口约化等。
2026-07-21 quant-ph
Fast simulation of stabilizer circuits using a graph state representation
根据Gottesman-Knill定理，一类量子线路，即所谓的稳定器电路，可以在经典计算机上有效地模拟。我们引入了一个新的算法，这是基于图状态的形式主义。与Gottesman和Aaronson给出的现有算法相比，它在速度和模拟器可以处理的量子位数方面有了显着的改进。我们还提出了一个实现。
2006-01-03 quant-ph
Simulating the quantum switch with quantum circuits is computationally hard
University of Geneva（日内瓦大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Trans-scale Quantum Science Institute, The University of Tokyo（东京大学跨尺度量子科学研究所）；University of Manchester（曼彻斯特大学）
研究证明，用量子电路模拟量子开关在计算上具有指数难度，且无法通过增加调用次数实现
2025-12-05 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
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
Efficient Classical Simulation of Optical Quantum Circuits
我们确定了一个广泛的类的物理过程中的光学量子线路，可以有效地模拟在一个经典的计算机：这类包括酉变换，放大，噪声和测量。这种可模拟性结果对实现指数量子加速的能力以及通过线性光学、基于光电探测的测量和测量结果的经典前馈、最佳克隆和广泛的其他过程引起光学非线性变换的能力施加了强有力的限制。
2002-10-30 quant-ph
Simulating Quantum Circuits by Shuffling Paulis
NISQ时代量子器件的验证需要对大噪声量子线路进行快速经典模拟。我们提出了一种基于稳定器形式的算法，可以有效地模拟有噪声的稳定器电路。此外，该协议可以有效地模拟大量的多量子比特混合状态，这些混合状态不是稳定状态的混合。这些“束缚态”的存在以前只在像qutrits这样的奇维系统中才知道。该算法还具有良好的性能，去极化噪声电路的模拟速度比酉电路快得多。这项工作建立在Bennink等人（Phys.Rev.A95，062337）的类似算法上，并利用Pashayan等人（Phys.Rev.Lett.2005）的框架。115，070501）。
2018-04-15 quant-ph
Are Quantum Circuits Better than Neural Networks at Learning Multi-dimensional Discrete Data? An Investigation into Practical Quantum Circuit Generative Models
多层参数化量子线路（MPQC）比经典神经网络（NN）更有表达力吗？如何，为什么，在哪些方面？在这项工作中，我们调查和开发直观的见解MPQC的表达能力与经典NN。我们将可用的资源组织成一个系统的证明，说明为什么MPQC能够生成无法有效模拟的经典概率分布。我们首先表明，瞬时量子多项式电路（IQPC），是不太可能被模拟经典的乘法误差内，然后表明MPQC有效地推广IQPC。我们通过数值模拟来支持调查的说法：以MPQC为核心架构，我们构建了不同版本的量子生成模型来学习给定的多维，多模态离散数据分布，并展示了其优于配备Gumbel Softmax的经典生成对抗网络（GAN）的性能。此外，我们解决实际问题，如如何有效地训练一个量子线路只有有限的样本，如何有效地计算（量子）梯度，以及如何减轻模式崩溃。我们提出并实验验证了一种有效的训练和微调方案，以降低输出噪声和减少模态崩溃。作为一个原始的贡献，我们开发了一种新的损失函数（MCR损失）的启发信息理论的措施-编码率降低度量，它具有更有表现力和几何意义的潜在空间表示-有利于模型选择和减轻模态崩溃。我们推导出我们的MCR损失的梯度相对于两个设置下的电路参数：与径向基函数（RBF）内核和神经网络和进行实验，以展示其有效性。
2022-12-13 quant-ph
From estimation of quantum probabilities to simulation of quantum circuits
研究量子线路的经典可模拟性为理解量子系统的计算能力提供了一条有希望的途径。一类量子线路是否可以用概率经典计算机有效地模拟，或者可证明是难以模拟的，关键取决于“经典模拟”的精确概念，特别是所需的精度。我们认为，经典模拟的概念，我们称之为ε模拟，抓住了拥有“等效计算能力”的本质，因为它模拟的量子系统：这是统计上不可能区分代理访问ε模拟器从一个拥有模拟的量子系统。我们将ε模拟与各种替代的模拟概念联系起来，主要集中在我们称之为多边形盒的模拟器上。多边形框输出Born概率和边缘的1/poly精度加性估计。这种模拟的概念通过最近的一些可模拟性结果而获得了突出地位。接受一些合理的计算理论假设，我们表明，ε模拟是严格强于一个poly-box显示IQP电路和无条件魔态注入Clifford电路都很难ε模拟，但承认一个poly-box。相比之下，我们还表明，这两个概念是等价的输出分布的稀疏性（多稀疏性）的一个额外的假设。
2020-01-07 quant-ph
New Structural Quantum Circuit Simulating a Toffoli Gate
Toffoli门（$C^{n}$ -NOT门）被认为是量子计算中一种重要的幺正门，并通过由$C^{2}$ -NOT门组成的量子线路进行了模拟。本文提出了一种新的$C^{2}$ -NOT门结构的量子线路，在$m=2^{n}$（$n=1,2,...$）条件下模拟$C^{2m+1}$ -NOT操作.该电路由称为多量子位门（MQG）的单元组成，每个单元同时对$3m$量子位执行$m$ $C^{2}$ -NOT操作。同时操作消除了单独操纵量子位的需要，而这在传统的量子线路中是需要的。因此，所提出的电路代表了一个更现实的操作模式，为实际的计算系统。一个核磁共振实现电路的MQG操作的可行性，为实际系统的演示。
2005-12-02 quant-ph
Dirac formulation for universal quantum gates and Shor's integer factorization in high-frequency electric circuits
利用电路可以很好地进行量子计算。特别地，薛定谔方程可以用传输线的集总元件模型来模拟，适用于低频电路。本文用分布元模型模拟狄拉克方程，该模型适用于高频电路。然后，利用传输线构成的网络构造了一组通用的量子门（Hadamard门、相移门和CNOT门）。我们展示了基于电路的Shor素分解。只要设计金属线网络，就有可能模拟任何量子算法。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient classical simulation of the approximate quantum Fourier transform
基于Markov和Shi（quant-ph/0511069）的张量收缩模型，提出了一种经典模拟量子线路的方法.利用这种方法，我们能够在多项式时间内经典地模拟近似量子傅里叶变换。此外，我们的方法使我们能够制定一个条件的可模拟的量子线路的可组合性。我们使用这个条件表明，任何电路组成的一个常数数量的近似量子傅里叶变换电路和有限的相互作用范围的对数深度电路也可以有效地模拟。
2006-11-23 quant-ph
Qudit vs. Qubit: Simulated performance of error correction codes in higher dimensions
本研究对比qudit与qubit的纠错性能，通过构建带多维噪声模型和适配解码器的最小qudit纠错码线路并模拟，引入flag qudit抗钩错误后，2、3、5维qudit均获约10^-4量级的可比错误阈值，验证了高维qudit纠错的可行性与低开销潜力。
2025-09-05 quant-ph
Universal Variational Quantum Computation
变分量子算法主导当代基于门的量子增强优化，特征值估计和机器学习。在这里，我们建立量子计算的普遍性变分量子计算通过开发两个目标函数，最小化准备输出的任意量子线路。变分量子计算的短暂资源是期望值的数量，这些期望值必须使用经典到量子的外环优化来迭代地最小化。这个优化问题的一个有效的解决方案是由量子线路本身进行模拟。第一种构造在包含$\mathcal{O}({poly} \ln n)$非Clifford门的$n$ -量子位电路的期望值的数量方面是有效的-期望值的数量与模拟电路中出现的Clifford门无关。第二种方法产生$\mathcal{O}(L^2)$期望值，同时引入不超过$\mathcal{O}(\ln L)$松弛量子位，对于划分为$L$门的量子线路。因此，基于目标函数和迭代反馈的经典评估的实用变分量子编程过程原则上与任何其他量子计算模型一样强大。这一结果提高了变分方法的形式地位，同时建立了一个新的通用模型的量子计算。
2020-12-29 quant-ph
Approximation Algorithm for Noisy Quantum Circuit Simulation
本文提出一种基于张量网络和奇异值分解的含噪量子电路近似模拟算法，在噪声效应不显著时可模拟多达225个量子比特，相比量子轨迹法实现加速并减少采样数。
2023-11-23 quant-ph
The quantum FFT can be classically simulated
在本说明中，我们描述了一个简单而有趣的观察：$Z_q$上的量子傅里叶变换（QFT），它被认为是Shor算法中最“量子”的部分，实际上可以通过经典计算机有效地模拟。更确切地说，我们观察到，QFT可以执行的电路的多对数路径宽度，如果电路被允许不仅适用于酉门，但也一般的线性门。回顾Markov和Shi [MaSh]和Jozsa [Jo]的结果，这些结果在树宽中以时间指数提供了此类电路的经典模拟，这意味着标题中所述的结果。经典的FFT模拟当然是毫无意义的，当应用于经典的输入字符串，其结果是已知的;我们的观察可能是有趣的，只有在上下文中的QFT被用作一个子程序，并适用于更有趣的叠加。我们讨论的原因，这个想法似乎无法提供一个有效的经典模拟整个因子分解算法。在证明我们的观察结果的过程中，我们提供了我们使用的[MaSh，Jo]结果的两种替代证明。一个证明在精神上与[MaSh]非常相似，但更直观，并且基于一个图形参数，我们称之为“气泡宽度”，与路径和树宽度密切相关。另一个证明是基于与琼斯多项式的连接;如果愿意依靠几个已知的结果，它非常短。
2007-03-26 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 classical algorithms for simulating symmetric quantum systems
针对具有足够限制性对称性的量子系统，提出多项式时间复杂度的经典算法，利用张量网络转换至块对角 Schur 基，高效计算基态和时间演化期望值，证明经典算法可高效模拟特定对称量子系统。
2023-11-21 quant-ph
Classical Ising model test for quantum circuits
我们利用最近构造的量子线路和图形之间的映射，以证明对应于某些平面图的电路可以有效地模拟经典。该证明使用了伊辛模型配分函数的二次符号权重枚举（QWGT）的表达式，QWGT是在涉及泡利矩阵的旋转的量子线路的扩展中自然产生的多项式。我们结合这个表达式与一个已知的有效的经典算法的伊辛配分函数的任何平面图的外部磁场的情况下，从图论和罗伯逊-西摩定理。作为一个例子，我们给出了一组量子线路与少数非最近邻门承认一个有效的经典模拟。
2009-09-11 quant-ph
Quantum Circuits for Elementary Cellular Automata
该研究确定了22条可通过量子电路模拟的初等元胞自动机规则，且为每条规则设计了门数为O(N)的量子实现电路。
2025-01-11 nlin.CG quant-ph
Quantum direct cause across the Cherenkov threshold in circuit QED
研究了用超导电路模拟量子比特加速所引发的切伦科夫辐射。通过对辐射几率的分析，我们证实了切伦科夫速度阈值的存在，这意味着模拟超光速量子比特运动是可能的。一个问题立即出现了：这样的运动与因果关系原理相容吗？为了解决这个问题，我们进行了因果关系测试的模拟系统的基础上最近发展的概念的时间量子相关性，伪密度矩阵和时间量子转向。结果表明，即使在弱耦合条件下，单模近似也不成立。
2021-09-03 quant-ph
Efficient quantum circuits for continuous-time quantum walks on composite graphs
在本文中，我们研究了模拟连续时间量子行走的特定类的图，这是可能的快进的时间演化算子，以实现恒定的时间模拟的复杂性，并准确地执行模拟，同时保持$\mbox{poly}(\mbox{log}(n))$的效率。特别是，我们讨论了两类复合图，交换图和笛卡尔积图，其中包含的类图，可以模拟这种方式。这使我们能够识别新的图形家族，我们可以有效地模拟在一个量子线路框架，提供实用和明确的手段，探索量子行走在实验室中的算法。
2016-10-23 quant-ph
Not all physical errors can be linear CPTP maps in a correlation space
量子计算张量网络是基于测量的量子计算的一般框架，它将资源多体态表示为张量网络的形式，在张量所在的虚拟线性空间（称为关联空间）中进行泛量子计算。由于计算基中的任何幺正操作、状态准备和投影测量都可以在相关空间中模拟，因此很自然地期望容错量子线路也可以在相关空间中模拟。然而，我们指出，并不是所有的物理错误的物理qudits出现在相关空间中的线性完全正的保迹错误。由于迄今为止已知的容错量子线路的理论假设这样的噪声，这意味着在相关空间中对容错量子线路的模拟对于一般资源状态不是那么简单。
2011-10-20 quant-ph
Classical Simulation of Intermediate-Size Quantum Circuits
介绍了一种适用于一般量子线路的分布式经典模拟算法，并给出了计算普适随机电路输出概率的数值结果。我们发现，我们可以模拟更多的量子位，比以前报道的更大的深度，使用由阿里巴巴集团的数据基础设施和搜索技术部门支持的集群。例如，计算具有深度$40$的$8\times 8$量子位电路的单个振幅以前超出了超级计算机的范围。我们的算法可以使用集群的一小部分（$\approx$ 14%的节点）在$2$分钟内计算出这一点。此外，通过成功地模拟大小为$9\times 9\times 40$，$10\times 10\times 35 $，$11\times 11\times 31$和$12\times 12\times 27 $的量子霸权电路，我们给出了证据，噪声随机电路与现实的物理参数可以模拟经典。这表明，更硬的电路或纠错可能是从随机电路采样实现量子霸权的关键。
2018-05-07 quant-ph
Polynomial-Time Classical Simulation of Hidden Shift Circuits via Confluent Rewriting of Symbolic Sums
School of Computing Science, Simon Fraser University（计算科学学院，西蒙菲莎大学）
本文提出通过符号求和的共轭重写系统，在多项式时间内实现隐移电路的经典模拟，解决了该类电路高效模拟的开放问题。
2025-11-24 quant-ph
Realizing Topological Transition in a Non-Hermitian Quantum Walk with Circuit QED
我们扩展了非厄米一维量子行走模型[物理。102，065703（2009）]，通过考虑退相效应。我们证明了拓扑转换的功能不改变，即使在单位内的网站之间的失相是存在的。讨论了在超导量子比特耦合到超导谐振腔模的电路QED系统中我们的理论结果的潜在实验观察，并进行了数值模拟。结果清楚地显示了量子行走中的拓扑转变，并显示了这种系统对量子比特衰变和退相的鲁棒性。我们还讨论了如何在电路QED系统中将该模型推广到更高维。
2017-03-25 quant-ph
Quantum hardware noise learning via differentiable Kraus representation on tensor networks
JIJ Inc.（JIJ公司）
本文提出通过可微Kraus算符学习量子硬件噪声，利用矩阵乘积密度算符模型模拟电路，并在IBM Fez处理器上验证了方法的有效性，展示了其在不同电路中的泛化能力。
2026-04-22 quant-ph
Classical simulation of quantum algorithms using the tensor product representation
利用密度矩阵重整化群中的张量积表示，我们证明了Grover算法的一个量子线路，它具有单量子比特幺正门、广义Toffoli门和投影测量，可以用经典计算机有效地模拟.用几十个量子比特来模拟量子线路是可能的。
2005-05-23 quant-ph
Simulating quantum computers with probabilistic methods
我们研究经典和量子计算能力之间的边界。这项工作包括两个部分。首先，我们开发新的经典的模拟算法，以采样方法为中心。使用这些技术，我们产生新的类的经典可模拟的量子线路的标准技术依赖于测量概率的精确计算无法提供有效的模拟。例如，我们展示了如何将匹配门、Toffoli、Clifford、有界深度、傅立叶变换和其他电路串联起来，这些电路都是经典的可模拟电路。我们还证明了稀疏量子线路以及由CNOT和exp[iaX]门组成的电路可以经典地模拟。在第二部分中，我们将我们的结果应用于量子算法的模拟。它表明，最近的量子算法，有关Potts模型配分函数的估计，可以有效地模拟经典。最后，我们表明，西蒙和肖尔的算法的指数加速至关重要地取决于在这些算法的最后一个阶段，处理经典的测量结果的后处理。具体来说，我们证明了这两种算法将是经典的模拟，如果在这一步中经典计算的功能有一个充分峰值的傅立叶频谱。
2010-04-12 quant-ph
Toolbox for the design of $LiNbO_3$-based passive and active integrated quantum circuits
我们提出并讨论了目前的发展前景，先进的量子光学电路单片集成在锂离子电池平台。包括基于参数下转换（PDC）的光子对源、无源路由元件和有源电光可控开关和偏振转换器的一组基本组件是工具箱的构建块，该工具箱是各种各样的量子线路的基础。我们回顾了这些组件的最新技术，并提供了适当描述其性能的模型在量子线路。作为这些模型的应用程序的一个例子，我们讨论的电路提供片上双光子干涉的设计问题。该电路包括用于光子对产生的PDC部分，随后是用于观察Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉的主动可控的修改的Mach-Zehnder结构。这种芯片的性能在理论上是模拟的，甚至考虑到个别组件的性能缺陷。
2018-02-06 quant-ph
Clifford Circuit Initialisation for Variational Quantum Algorithms
提出了一种适用于中等规模量子计算机的变分量子算法的初始化方法。该方法使用模拟退火的有效模拟Clifford参数点作为预优化，找到一个低能量的初始条件。我们数值证明了该技术的有效性，以及它如何依赖于哈密顿结构，量子位数和电路深度。虽然考虑了一系列不同的问题，但我们注意到该方法对量子化学问题特别有用。这种方法可以帮助实现一个量子优势在嘈杂或容错的中间规模的设备，即使我们证明了一般的方法是不可任意扩展。
2022-07-04 quant-ph
Quantum Circuit Design for Solving Linear Systems of Equations
最近，它表明，量子计算机可以用于获得某些信息的解决方案的线性系统Ax=b指数比什么是可能的经典计算。在这里，我们首先回顾了一些关键方面的算法的角度来看，发现其有效的量子线路实施仅使用基本量子操作，这是重要的，确定潜在的实用性的算法在实际设置。然后，我们提出了一个小规模的量子线路，解决了2 × 2的线性系统。该量子线路仅使用4个量子比特，这意味着实验实现的诱人可能性。此外，电路进行了数值模拟，并在不同的电路参数设置下的性能进行了演示。
2013-08-10 quant-ph
