Fault-tolerant Quantum Error Correction on Near-term Quantum Processors using Flag and Bridge Qubits
利用量子纠错(QEC)进行容错(FT)计算是实现大规模量子算法的必要条件。预计在不久的将来,设备将有足够的量子位来展示容错方面。然而,这些近期的量子处理器将只包含少量的噪声量子比特,并允许有限的量子比特连接。因此,容错方案,不仅具有低的量子比特开销,但也符合几何相互作用的约束是必要的。在这项工作中,我们结合标志容错与量子线路映射,使一个有效的标志桥的方法来实现FT QEC的近期设备。我们进一步展示了一个例子,在两个电流超导处理器上执行Steane码纠错,并数值分析了它们的性能与电路级噪声。仿真结果表明,并行测量更多稳定器的QEC电路具有较低的逻辑错误率。我们还观察到,Steane码可以优于距离3表面码使用标志桥纠错。此外,我们预见了潜在的应用的旗帜桥的方法,如FT计算使用晶格手术和代码变形技术。
2019-09-17 quant-ph
A Binary Optimisation Algorithm for Near-Term Photonic Quantum Processors
本文提出一种面向近期光子量子处理器的玻色子二元求解器算法,利用量子光学采样与可训练经典后处理,经梯度训练求解二元优化问题,实验表明其能产生高质量解,具有可扩展性。
2025-10-09 quant-ph
Digital Quantum Simulations of Spin Models on Hybrid Platform and Near-Term Quantum Processors
我们回顾了最近的一个通用的量子计算平台的理论建议的基础上可调非线性机电纳米振荡器,其中量子比特编码的非谐振动模式的机械谐振器耦合到超导电路。在这样一个平台上,可以进行自旋型模型哈密顿量的数字量子模拟,如横向场中的伊辛模型。在这里,我们用云上可用的实际IBM-Q量子处理器来挑战我们提出的模拟器。我们表明,这种最先进的实现的量子计算机,基于transmon量子比特和超导技术,能够执行数字量子模拟。然而,在机械自由度中编码量子位将允许在量子模拟的保真度和可缩放性方面优于当前实现。
2019-02-13 quant-ph
Quantum neural network equipped with backpropagation on a qudit processor
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China(合肥国家实验室,中国科学技术大学)
本文实验演示了基于囚禁40Ca+离子qudit处理器的量子神经网络,采用混合量子-经典反向传播训练,在测试图像集上达到95.7%分类准确率,展示了qudit在构建高表达力QNN方面的潜力。
2026-09-14 quant-ph
Benchmarking the algorithmic performance of near-term neutral atom processors
本研究通过模拟基准测试了近期里德伯原子量子处理器的算法性能,计算了9量子比特设备的量子体积为2^9,并实现了高成功概率的伯恩斯坦-瓦齐拉尼和格罗弗算法,表明其作为竞争性近期平台的潜力。
2024-02-03 quant-ph
Continuous-variable quantum kernel method on a programmable photonic quantum processor
本文首次在可编程光子量子处理器上实验实现连续变量量子核方法,证明其在实验噪声下仍能以媲美经典核的准确率稳健完成分类任务,验证了CV量子体系在量子机器学习中的实用价值。
2024-08-06 quant-ph
ANN-Enhanced Detection of Multipartite Entanglement in a Three-Qubit NMR Quantum Processor
本文提出利用人工神经网络对三量子比特NMR量子处理器生成的态进行SLOCC纠缠类别识别和真正多体纠缠检测,并通过降维减少所需密度矩阵元素,在有限实验数据下实现高精度分类。
2024-09-29 quant-ph
Shadow Distillation: Quantum Error Mitigation with Classical Shadows for Near-Term Quantum Processors
本文提出阴影蒸馏方法,利用经典阴影和随机测量在近-term量子处理器上以较低开销缓解误差,并在离子阱GHZ态实验中验证了其有效性。
2022-03-14 quant-ph
Quantum circuits for the realization of equivalent forms of one-dimensional discrete-time quantum walks on near-term quantum hardware
量子漫步是一个很有前途的框架,用于开发量子算法和量子模拟。它们代表了量子计算机应用的重要测试案例。在这里,我们提出了不同形式的离散时间量子行走(DTQWs),并显示其物理实现的等价性。使用一个适当的数字映射的位置空间上的步行者演变到量子处理器的多量子比特状态,我们提出了不同的配置的量子线路的实施DTQWs在一维位置空间。我们提供了五量子位处理器的示例电路,并解决了更高维度和更大量子处理器的可扩展性。
2021-12-08 quant-ph
Quantum computation with universal error mitigation on superconducting quantum processor
在不久的将来,可能会开发出集成数百个物理量子比特的中等规模量子器件。然而,此类设备将缺乏实现量子容错的资源。因此,探索量子计算优势的主要挑战是在不编码的情况下最大限度地减少设备和控制缺陷的影响。量子纠错是满足这一要求的一种解决方案。在这里,我们展示了一个错误缓解协议的基础上门集层析成像和准概率分解。一个和两个量子位电路的超导设备上进行了测试,并成功地抑制了计算误差。由于该协议对于计算期望值的数字量子计算机和算法是通用的,因此我们的研究结果表明,错误缓解可能是不久的将来量子计算的重要组成部分。
2018-12-28 quant-ph
When More Becomes Less: Topology-Reversed Three-Qubit Gate Performance on IBM Quantum Processors
Center for Quantum Technologies, Faculty of Physics, Sofia University St. Kliment Ohridski(索非亚大学圣克利门特奥赫里斯基物理学院量子技术中心)
该研究在IBM量子处理器上发现,硬件连通性可反转三量子比特门精确分解的性能排序,含更多抽象两量子比特门的电路物理实现更优。
2026-08-24 quant-ph
Quantum Volume for Photonic Quantum Processors
本文提出一个框架,将测量基量子计算(MBQC)中的物理噪声映射为等效量子电路的逻辑错误,使量子体积等指标能用于光子处理器,并基于GKP编码簇态计算了量子体积。
2023-04-03 quant-ph
Fault-Tolerant Code Switching Protocols for Near-Term Quantum Processors
针对二维和三维拓扑色编码均无法单独提供通用量子门集的问题,本研究基于标志量子比特构建了资源优化的确定性与非确定性码切换协议,可在现实条件下容错实现通用门集,推进近期容错量子计算发展。
2023-06-30 quant-ph
Experimental quantum-enhanced kernels on a photonic processor
在光子集成处理器上实验演示了一种量子增强核方法,利用量子干涉和单光子相干性执行二分类,优于高斯核和神经正切核等先进方法,且无需纠缠门。
2024-07-29 quant-ph
A Hybrid Quantum-Classical Generative Adversarial Network for Near-Term Quantum Processors
提出面向近期量子处理器的量子-经典混合 GAN,利用模块化 QNN、可训练编码与同电路梯度计算,在两量子比特仿真中取得较低分布散度。
2023-07-18 quant-ph
Dynamically Reconfigurable Photon Exchange in a Superconducting Quantum Processor
实现量子计算的优势需要访问许多量子比特(qubit)的状态的完整希尔伯特空间。因此,大规模量子计算面临的挑战是有效地在许多量子比特之间产生纠缠。在量子比特之间的直接连接数量有限的系统中,非最近邻量子比特之间的纠缠是由一系列最近邻门产生的,这以指数方式抑制了所产生的保真度。在这里,我们提出并证明了一种新的,片上光子交换网络。该光子网络被嵌入到超导量子处理器(QPU)中,以实现任意可重构的量子比特连接图。我们展示了量子位之间的长程量子位-量子位相互作用,其中$9.2~\text{cm}$沿着曲折的总线谐振器具有最大的空间分离,并且实现了高达$g_{\text{qq}} = 2π\times 0.9~\text{MHz}$的光子交换率。这些实验演示为实现高度连接的、可重构的量子光子网络提供了基础,并为模块化量子计算开辟了新的道路。
2023-03-06 quant-ph
Variational Quantum Unsampling on a Quantum Photonic Processor
用于噪声中尺度量子机(NISQ)的量子算法最近已经成为展示近期相对于经典系统的量子优势(或至高无上)的新的有希望的路线。在这些系统中,样本通常是从概率分布中提取的-在合理的复杂性理论假设下-不能有效地产生经典。我们不是先定义一个物理系统,然后再确定输出态的计算特征,而是问一个相反的问题:如果直接访问量子态,我们可以有效地学习生成系统的哪些特征?在这项工作中,我们介绍了变分量子不采样(VQU)协议,一个非线性量子神经网络的方法,用于验证和推断近期量子线路输出。在我们的方法中,人们可以变分训练量子操作来解开未知幺正对已知输入状态的作用;本质上是学习黑盒量子动力学的逆。虽然我们的方法的原理是平台无关的,但其实现将取决于特定量子处理器的独特架构。在这里,我们实验证明了量子光子处理器上的VQU协议。除了量子验证,我们的协议有广泛的应用,包括最佳的量子测量和断层扫描,量子传感和成像,以及验证。
2019-05-13 quant-ph
Demonstration of sufficient control for two rounds of quantum error correction in a solid state ensemble quantum information processor
报道了利用丙二酸单晶中碳原子核的磁共振在量子信息处理器上实现3量子比特量子纠错码(QECC).该代码校正了由于附近自旋所表示的磁环境的不完美解耦以及内部哈密顿量下的不必要的演化而在量子位上引起的相位误差。我们还实验证明了足够高的保真度控制,实现两轮的量子纠错。这是一个国家的最先进的控制在固态核磁共振,量子算法的实施领先的试验台演示。
2011-08-24 quant-ph
Fault-tolerant protection of near-term trapped-ion topological qubits under realistic noise sources
在近期有噪声的量子处理器中证明有益的量子纠错的探索可以极大地受益于容错方案的低资源优化,该容错方案是专门为考虑最新技术能力和主要噪声源的特定平台设计的。在这项工作中,我们表明,标记量子位为基础的容错技术的主动错误检测和纠正,以及编码的逻辑量子比特,可以利用在当前的设计中的捕获离子量子处理器,以实现这一盈亏平衡点的有益的量子纠错。我们对相关噪声源的改进描述,以及实现这些基于标记的协议的详细时间表,提供了迄今为止容错量子处理器最完整的微观表征之一。通过大量的数值模拟,我们提供了一个比较研究的标志和猫为基础的量子纠错的方法,并表明,前者的优越性能可以成为一个里程碑,在短期内成功的量子计算与噪声捕获离子设备。
2019-11-04 quant-ph
Strategies for variational quantum compiling of a zero-phase beamsplitter on the Xanadu X8 processor
在变分编译的连续变量(CV)酉操作的上下文中,Xanadu X8处理器的架构和参数空间约束可行的编译问题和允许的成本函数的集合。在本文中,我们激励一个忠实的成本函数变分编译的双模,连续可变分束器门与实矩阵元素(即,“零相位”分束器),其符合X8处理器的约束。然后在X8上计算该成本函数。尽管在处理器中的噪声,我们发现,成本函数具有最佳的参数弹性,因此,这种变分编译问题是可行的X8。本文的目的是报告的一部分证明的原则成本函数计算近期CV硬件,部分目前的方法,可能是相关的CV变编译问题,在更复杂的,大规模的设置。
2022-09-24 quant-ph
Inter-branch message transfer on superconducting quantum processors: a multi-architecture benchmark
Future of Computing Institute, Rensselaer Polytechnic Institute(未来计算研究所,伦斯勒理工学院)
该研究通过比较不同超导量子处理器在消息传递任务中的性能,揭示了设备噪声特性及路由开销对量子计算性能的影响。
2026-01-27 quant-ph
Hybrid Coupling Topology with Dynamic ZZ Suppression for Optimizing Circuit Depth during Runtime in Superconducting Quantum Processor
University of Calcutta(加尔各答大学);Jadavpur University(贾达普大学)
本研究提出了一种混合可调耦合架构,通过动态抑制ZZ串扰来优化超导量子处理器运行时的电路深度,实现了约20%的深度减少。
2026-02-06 quant-ph
Quantum processor-inspired machine learning in the biomedical sciences
高通量基因组技术的最新进展,加上计算机处理和内存的指数增长,使我们能够从全基因组的角度来询问人类疾病的复杂异常分子基础。虽然基因组信息的洪流预计将增加,但传统高性能计算的瓶颈正在迅速逼近。部分受到物理量子处理器最新进展的启发,我们在实际的人类肿瘤数据上评估了几种非传统的机器学习(ML)策略。在这里,我们首次展示了基于多退火的ML算法对来自癌症基因组图谱的高维、多组学人类癌症数据进行分类的有效性。为了评估算法性能,我们将这些分类器与各种标准ML方法进行了比较。我们的研究结果表明,使用基于退火的ML来提供人类癌症类型和相关分子亚型的竞争性分类以及较小训练数据集的卓越性能的可行性,从而为非常规计算架构在生物医学科学中的潜在未来应用提供了令人信服的经验证据。
2021-04-29 q-bio.GN quant-ph
Realizing Quantum Adversarial Defense on a Trapped-ion Quantum Processor
本研究在离子阱量子处理器上实现了基于数据重新上传的单量子比特量子分类器,提出新型卷积架构并在MNIST数据集上验证了其对对抗攻击和极化噪声的卓越鲁棒性。
2025-03-04 quant-ph
Architectural scaling tradeoffs in modular 3D bosonic quantum processors
Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室);University of Chicago(芝加哥大学);Rutgers University(罗格斯大学)
该研究针对模块化三维玻色量子处理器,对比三类架构的缩放权衡,建立系统评估框架,为相关硬件设计提供器件级参数依据。
2026-08-25 quant-ph
Continuous monitoring for noisy intermediate-scale quantum processors
我们提出了一个连续监测系统的中间规模的量子处理器,允许提取估计的噪声本地门和读出测量的基础上执行的量子线路和测量结果。与用于校准和基准测试量子处理器的标准方法相比,被输入到监控系统的执行电路被假设为不受任何控制。我们提供了将我们的系统应用于从量子仿真器获得的合成生成的数据以及从可公开访问的基于云的量子处理器收集的实验数据的结果。在这两种情况下,我们证明了所开发的方法提供了宝贵的结果固有的噪声仿真器/处理器。考虑到我们的方法只使用已经实现的电路中的数据,而不需要运行额外的算法,监控系统可以补充现有的方法。我们希望我们的监测系统可以在短期内成为各种量子计算机的有用工具,包括可公开访问的基于云的平台,并减少其基准测试和校准所需的资源。
2023-01-10 quant-ph
Scalable quantum processor noise characterization
测量保真度矩阵(MFM)(也称为误差核)是表征近期量子硬件中状态准备和测量误差的自然方法。它们可以用于后处理,以减少错误并大幅提高量子硬件的有效精度。然而,使用MFM的可行性目前是有限的,因为确定器件的MFM的实验成本随着量子位的数量呈指数增长。在这项工作中,我们提出了一种可扩展的方式来构建近似的多量子比特器件的累积展开的基础上的MFMs。我们的方法也可以用来描述各种类型的相关误差。
2020-06-02 quant-ph
Quantum thermal state preparation for near-term quantum processors
University of Geneva(日内瓦大学);Google Research(谷歌研究院);Princeton University(普林斯顿大学);École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)(洛桑联邦理工学院)
本文提出一种高效算法,通过设计浴重置和调制系统-浴耦合,近似满足量子详平衡关系,实现多体系统的热态制备,并验证了其在二维量子伊辛模型中的有效性。
2026-03-17 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Parallel Information Transfer in a Multi-Node Quantum Information Processor
描述了一种在分布式节点量子信息处理器的不同局部处理节点中耦合不相交量子比特的方法。通过将系统移动到相互作用框架中来获得节点之间的信息传输的有效通道,在该相互作用框架中,所有跨节点量子比特对经由每个节点的致动器元件之间的交换相互作用而有效地耦合。所有的控制都是通过致动器调制实现的,从而快速实现了一组通用的节点间量子门。该方法预计将是几乎独立的致动器退相干,并可能是不敏感的实验系统参数的变化,通过适当的控制序列的设计。我们显示,特别是,如何诱导的交叉节点耦合通道可用于交换完整的量子态的本地处理器并行。
2012-04-09 quant-ph
Quantum circuit architecture search on a superconducting processor
变分量子算法(VQA)已经显示出强有力的证据,可以在金融、机器学习和化学等不同领域获得可证明的计算优势。然而,现代VQA中采用的启发式算法无法平衡表达性和可训练性之间的权衡,这可能导致在有噪声的中间尺度量子(NISQ)机器上执行时性能下降。为了解决这个问题,在这里,我们展示了应用高效自动化设计技术的第一个原理验证实验,即,量子架构搜索(QAS),以增强8量子位超导量子处理器上的VQA。特别是,我们应用QAS定制的硬件高效的分类任务的anananterior。与启发式测试方法相比,QAS设计的测试方法将测试准确率从31%提高到98%。我们通过可视化损失景观和分析所有ansatze的有效参数来进一步解释这种优越的性能。我们的工作为开发可变ansatze以解决各种大规模量子学习问题提供了具体的指导。
2022-01-04 quant-ph
Long-range connectivity in a superconducting quantum processor using a ring resonator
量子比特相干性和门保真度通常被认为是表征量子处理器的两个最重要的指标。一个同样重要的指标是量子比特间的连通性,因为它最大限度地减少了门数,并允许有效地实现算法,减少错误。然而,由于物理实现中的实际约束,超导处理器中的量子比特间连接往往限于最近的邻居。在这里,我们介绍了一种新的超导体系结构,它使用环形谐振器作为多路耦合元件,量子比特均匀分布在其周围。我们的平面设计提供了显着增强的连接状态的最先进的超导处理器,而没有任何额外的制造复杂性。我们从理论上分析了量子比特的连通性,并在一个能够支持多达12个量子比特的设备中进行了实验验证,其中每个量子比特可以连接到其他9个量子比特。我们的概念是可扩展的,适用于其他平台,并有可能显着加快量子计算,退火,模拟和纠错的进展。
2020-12-17 quant-ph
Spin Chain Quantum Communication on a Trapped-Ion Processor
Department of Physics and Astronomy, University College London(伦敦大学学院物理与天文系)
研究远距离量子比特高效通信问题,利用囚禁离子量子处理器数字模拟自旋哈密顿量实现工程化量子通信协议,结合模拟与实验提升量子态转移保真度,实现并行Trotter分解,推动基于哈密顿量的量子通信走向实用。
2026-07-15 quant-ph
Factorization of large tetra and penta prime numbers on IBM quantum processor
本文利用广义Grover算法将因式分解转化为优化问题,在IBMQ Perth量子处理器上实现了对四素数和五素数大整数的量子因式分解,保真度接近于1。
2023-04-11 quant-ph
Distributed quantum machine learning via classical communication
针对量子系统脆弱导致量子机器学习难以规模化的问题,提出通过经典通信整合量子处理器的分布式方案,实验验证其分类准确率优于无通信方案且不低于量子通信方案,为中等规模量子处理器实现大规模量子机器学习提供实用路径。
2024-08-29 quant-ph
Plutarch: Toward Scalable Operational Parallelism on Racetrack-Shaped Trapped-Ion Processors
Yonsei University(延世大学);Rutgers University–New Brunswick(罗格斯大学-新不伦瑞克分校)
Plutarch通过优化区域利用、优先执行附近门和实施捷径,提升赛车形囚离子处理器的可扩展操作并行性。
2026-01-13 quant-ph
Generation of Pseudo-Random Quantum States on Actual Quantum Processors
本文提出一种高效生成近乎最大多体纠缠的伪随机量子态的最优方法,并用于基准测试IBM超导和IonQ离子阱量子处理器,发现全连接性使Harmony整体性能更优,突出了量子比特网络架构对生成高度纠缠态的重要性。
2023-02-08 quant-ph
High-Resolution Dynamical Eigenspectroscopy via Variational Trotter Compression on a Superconducting Qubit Processor
Zhejiang Province Key Laboratory of Quantum Technology and Device, School of Physics, Zhejiang University(浙江大学物理学院);Tencent Quantum Laboratory, Tencent(腾讯量子实验室)
本文提出并实验验证了一种基于变分 Trotter 压缩的动力学本征谱学协议,在 9 量子比特超导处理器上成功提取了 H2 分子和 Fermi-Hubbard 模型的精细能级,精度达 2×10^-3。
2026-09-09 quant-ph
Sample-efficient verification of continuously-parameterized quantum gates for small quantum processors
针对近期小型量子处理器连续参数化原生门的验证需求,提出一种基于随机门序列与近似逆编译的样本高效验证方法,其保真度估计方差低于交叉熵基准测试,并在离子阱和超导量子处理器上通过实验和数值验证了样本效率优势。
2023-05-08 quant-ph
Artificial Neural Network Syndrome Decoding on IBM Quantum Processors
本文在IBM量子处理器上开发并基准测试ANN综合征解码器,验证其可处理重六边形码数据并施加纠错,同时指出当前错误率高于阈值的限制。
2023-11-26 quant-ph
Scalable Architecture for a Room Temperature Solid-State Quantum Information Processor
在过去的十年中,可扩展的量子信息处理器的实现已经成为基础科学和工程接口的核心挑战之一。在实现这一目标方面取得了很大进展。事实上,量子操作已经在几个捕获的离子量子比特上得到了证明,其他固态系统也在接近类似的控制水平。扩展这些技术以在具有更多量子位的较大系统中实现容错操作仍然是一个极具挑战性的目标,部分原因是当前实现的技术复杂性。在这里,我们提出并分析了一个可扩展的,固态量子信息处理器能够在室温或接近室温下工作的架构。该架构是适用于现实的条件下,其中包括无序和相关的退相干机制,并包括在连续的长度尺度的控制层次。我们的方法是基于最近的实验进展,涉及金刚石中的氮空位色心,并将提供非平衡多体量子系统的物理学的基本见解。此外,所提出的架构可以大大减轻严格的约束,目前限制了可扩展量子处理器的实现。
2010-12-13 quant-ph
Fault-tolerant interface between quantum memories and quantum processors
拓扑纠错码是保护量子计算不受噪声影响的有效方法。虽然一些代码提供适合于鲁棒量子存储器的高噪声阈值,但其他代码允许数据处理所需的简单门实现。为了利用不同拓扑码的特殊优势进行容错量子计算,必须能够在它们之间切换。在这里,我们提出了一个实用的解决方案,子系统晶格手术,它只需要在一个固定的布局两体近邻相互作用,除了不可或缺的误差校正。该方法可用于二维及二维以上任意拓扑子系统代码间量子信息的容错传输。特别是,它可以用来创建一个简单的接口,量子总线,噪声弹性表面码存储器和灵活的颜色代码处理器之间。
2017-08-29 quant-ph
Realizing a quantum generative adversarial network using a programmable superconducting processor
生成对抗网络是一种新兴技术,在机器学习中有着广泛的应用,它在许多具有挑战性的任务中取得了巨大的成功,包括图像和视频生成。当配备量子处理器时,它们的量子对应物-称为量子生成对抗网络(QGAN)-甚至可能在某些机器学习应用中表现出指数优势。在这里,我们报告的QGAN使用可编程的超导处理器,其中发电机和超导体的参数化通过层的单和多量子位量子门的实验实现。编程的QGAN自动运行几轮具有量子梯度的对抗性学习,以实现纳什均衡点,其中生成器可以复制模拟训练集的数据样本。我们的实现是有希望的,以扩大到嘈杂的中等规模的量子器件,从而铺平了道路的实验探索量子优势在实际应用中与近期的量子技术。
2020-09-27 quant-ph
Microwave Package Design for Superconducting Quantum Processors
具有微波范围内的跃迁频率的固态量子比特,例如超导量子比特,处于量子信息处理的最前沿。然而,即使是在中等规模下,超导量子比特的高保真度,同时控制仍然是一个挑战,部分原因是这些设备包装的复杂性。在这里,我们提出了一种方法,微波封装设计的材料选择,信号线工程和杂散模式抑制为重点。我们描述的设计准则验证使用模拟和测量用于开发一个24端口微波封装。分析量子位环境显示,在11GHz以下没有杂散模式。材料和几何设计选择使封装能够支持寿命超过350 μs的量子位。这里提出的微波封装设计指南解决了许多与近期量子处理器相关的问题。
2021-02-24 quant-ph
Simultaneous execution of quantum circuits on current and near-future NISQ systems
针对NISQ处理器上多量子电路并发执行受串扰影响且表征成本高的问题,提出palloq并行分配方法和软件串扰检测协议,在减少干扰的同时揭示了成功率与执行时间的权衡。
2021-12-30 cs.SE quant-ph
An Artificial Neuron Implemented on an Actual Quantum Processor
人工神经网络是机器学习算法和人工智能协议的核心。从历史上看,人工神经元的最简单的实现可以追溯到经典的Rosenblatt的“感知器”,但其长期的实际应用可能会受到计算复杂性的快速扩展的阻碍,特别是与多层感知器网络的训练相关。在这里,我们介绍了一个基于量子信息的算法实现的量子计算机版本的感知器,这表明在编码资源的指数优势,替代实现。我们在一个实际的小规模量子处理器上对这个模型的几个量子比特版本进行了实验测试,结果与预期的结果相比,给出了非常好的答案。我们表明,这种感知器的量子模型可以用作简单模式的基本非线性分类器,作为在近期量子处理硬件上有效实现人工量子神经网络实际训练的第一步。
2018-11-06 quant-ph
A programmable three-qubit superconducting processor with all-to-all connectivity
超导电路是量子计算技术的前沿,因为它无与伦比地结合了良好的相干性、快速门和设计参数的灵活性。在超导体系结构中展示小量子算法的大多数实验都使用了transmon量子位和横向量子位-量子位耦合。然而,由于大多数最先进的架构依赖于一维或二维的最近邻耦合,因此高效的通用数字计算仍然是一个挑战。有限的连通性和仅两个量子比特纠缠门的可用性导致算法的效率低下,保真度降低。在这项工作中,我们提出了一个可编程的三量子位处理器,昵称为“trimon”,具有强的全对全耦合和访问本地三量子位门。我们实现了三个量子比特版本的各种算法,即Deutsch-Jozsa,Bernstein-Vazirani,Grover搜索和量子傅里叶变换,以展示我们的处理器的性能。我们的研究结果显示了三振子作为具有增强的量子比特-量子比特连接性的更大系统的构建块的潜力。
2018-09-03 quant-ph
Analyzing the Performance of Variational Quantum Factoring on a Superconducting Quantum Processor
在短期内,量子-经典混合算法具有超越经典方法的巨大潜力。理解这两种计算范式如何协同工作对于确定这种混合算法可以提供量子优势的领域至关重要。在这项工作中,我们研究了基于QAOA的量子优化算法,通过实现变分量子因子(VQF)算法。我们使用超导量子处理器进行实验演示,并研究量子资源(量子位数和电路深度)与给定双素数成功分解的概率之间的权衡。在我们的实验中,整数1099551473989、3127和6557分别用3、4和5个量子位分解,使用多达8层的QAOA模拟器,我们能够确定给定实例的最佳电路层数,以最大化成功概率。此外,我们证明了不同的噪声源对QAOA的性能的影响,并揭示了量子比特之间的剩余ZZ耦合作为超导量子处理器中的主要误差源所引起的相干误差。
2021-03-09 quant-ph
Photonic processor benchmarking for variational quantum process tomography
本研究利用光学处理器演示变分量子过程层析,并创建首个基准,将其与多个量子计算平台对比,发现光子处理器在保真度和收敛性上优于超导处理器,是近期量子算法部署的有力竞争者。
2025-07-11 quant-ph
Quantum Feature Maps for Graph Machine Learning on a Neutral Atom Quantum Processor
本研究在32量子比特中性原子量子处理器上实现图机器学习,提出将图信息编码到可调哈密顿量参数的量子特征映射,可区分局部等价非同构图,在分子毒性二分类任务上性能媲美经典核方法,且特征空间具有经典难以复现的独特性。
2022-11-29 quant-ph
Algorithmic cooling for resolving state preparation and measurement errors in quantum computing
状态准备和测量误差通常被认为是不可区分的。区分状态准备(SPAM)误差和测量误差的问题对于表征量子处理器的领域很重要。在这项工作中,我们提出了一种方法来分别表征垃圾邮件错误使用一种新型的算法冷却协议称为基于测量的算法冷却(MBAC)。MBAC假设能够对单个量子位执行(可能不完美的)投影测量,这在许多现代量子处理器上都可用。我们表明,MBAC可以显着减少状态准备误差在现实的假设下,与一个小的开销,可以由可测量的量的上限。因此,MBAC不仅可以成为衡量近期量子处理器的有价值的工具,而且还可以以算法的方式提高量子处理器的性能。
2022-03-15 quant-ph
Optimal Layout Synthesis for Deep Quantum Circuits on NISQ Processors with 100+ Qubits
Aarhus University(奥胡斯大学);Kvantify Aps(Kvantify Aps公司)
针对NISQ处理器上的深度量子电路,提出基于并行计划的SAT编码布局综合方法,显著提升可扩展性,首次实现多电路最优映射。
2024-07-22 cs.AI quant-ph
Suppressing Frequency Collisions in a Quantum Processor
Peter Gr\"unberg Institute 12 , Forschungszentrum J\"ulich, J\"ulich 52428, Germany
针对超导量子处理器频率拥挤问题,提出基于哈密顿量的最大k割映射与簇拼接协议,结合DC-QAOA和模拟退火优化频率分配,抑制碰撞惩罚并实现硬件感知的处理器级规划。
2026-10-06 quant-ph
Distributed Quantum Dynamics on Near-Term Quantum Processors
本文提出分布式投影变分量子动力学算法dp-VQD,利用线路切割技术突破近期量子设备的电路深度与量子比特数限制,并在IBM真实设备上验证了其在海森堡和哈伯德模型动力学模拟中的有效性。
2025-02-05 cond-mat.str-el physics.comp-ph quant-ph
Variational Quantum Computation of Molecular Linear Response Properties on a Superconducting Quantum Processor
模拟分子的响应特性对于解释实验光谱和加速材料设计至关重要。然而,它仍然是一个长期存在的计算挑战的电子结构方法在经典计算机上。虽然量子计算机有望在长期内更有效地解决这个问题,但需要深度量子线路的现有量子算法对于短期噪声量子处理器是不可行的。在这里,我们介绍了一个实用的变分量子响应(VQR)算法的响应特性,它绕过了需要深量子线路。利用该算法,我们首次在超导量子处理器上模拟了分子的线性响应特性,包括动态极化率和吸收光谱。我们的研究结果表明,一大类重要的动力学性质,如格林函数的范围内的短期量子硬件使用该算法结合适当的错误缓解技术。
2022-09-27 physics.chem-ph quant-ph