Convergence efficiency of quantum gates and circuits
本文研究随机量子电路收敛到酉t-设计的效率，提出“熨平小工具”模型，证明χ门直接形成精确2-和3-设计，并发现iSWAP门族在收敛到2-设计方面表现最佳。
2024-11-07 cond-mat.str-el cs.CC cs.IT
Efficient quantum gate decomposition via adaptive circuit compression
在这项工作中，我们报告了一种新的量子门的近似算法的基础上的应用参数的两个量子比特门的综合过程。在电路设计中利用这些参数化的双量子比特门，使我们能够将电路综合的离散组合问题转化为连续变量的优化问题。然后，通过从设计中顺序移除两个量子位门来压缩电路，而剩余的构建块通过迭代学习周期不断适应简化的门结构。我们在SQUANDER软件包中实现了所开发的算法，并将其与几种最先进的量子门合成工具进行了基准测试。我们的数值实验表明，出色的电路压缩能力，我们的编译算法提供了最佳的门数在大多数寻址的量子线路。
2022-11-15 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
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
Elementary gates for ternary quantum logic circuit
本文研究了三值量子逻辑电路的基本门。提出了三值控制X（TCX）门或三值控制Z（TCZ）门作为二元四元组基本门，它在任意二元四元组门的辅助下具有通用性。它简单、高效、易于实现。基于Cartan分解，我们还给出了四分之一基本门。然后研究了几种重要的三值门的综合，并讨论了它们的物理实现方案。最后，我们将这些基本门推广到更一般的量子情形，从而为二值和多值量子线路的综合提供了统一的描述。
2012-04-25 quant-ph
Quantum circuits of c -- Z and SWAP gates optimization and entanglement
研究了由$\cZ$和$\Swap$门组成的量子线路的代数结构。我们的研究结果被应用到优化电路和理解纠缠的出现时，一个电路上的完全因式分解状态的行为。
2019-01-30 math.RT quant-ph
Optimizing T gates in Clifford+T circuit as $π/4$ rotations around Paulis
在这项工作中，我们介绍了一种新的电路优化技术，以减少T门的数量在Clifford+T电路处理T门共轭的Clifford门作为$\fracπ{4}$ -旋转周围的泡利运营商。测试的基准测试显示高达$71.43\%$和T计数的平均$42.67\%$减少，两者都超过了报告的最佳性能。我们的算法的最坏情况下的复杂度是$O(nk^2)$，其中$n$是量子比特的数量和$k$是在原始Clifford+T电路的T门的数量。
2019-03-29 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
Optimal number of parametrized rotations and Hadamard gates in parametrized Clifford circuits with non-repeated parameters
本研究提出一种低复杂度高效算法，可最优缩减参数不重复的参数化Clifford电路中的参数化旋转门数量，同时证明既有Hadamard门优化流程对该类电路的最优性，算法在少内部Hadamard门的电路中效率突出。
2024-07-10 quant-ph
Optimal and asymptotically optimal NCT reversible circuits by the gate types
我们报告的最佳和渐近最佳的可逆电路组成的非，CNOT和Toffoli（NCT）门，保持计数的子集的门类型使用。本研究微调电路复杂度的数字，通过可逆NCT电路实现可逆功能。一个重要的结果是在应用中流行的$T$ -计数量子线路度量的使用的限制上的结果。
2016-12-28 cs.ET quant-ph
Optimal two-qubit quantum circuits using exchange interactions
海森堡交换相互作用是实现非局部（即，多量子位）量子门。我们考虑由交换作用实现的$(SWAP)^α$门和单量子比特门组成的量子线路。用三个$(SWAP)^α$门和六个单量子位门构造了一个通用的双量子位量子线路。我们进一步表明，三个$(SWAP)^α$门不仅是足够的，但必要的。由于已知需要六个单量子位门，因此我们的通用双量子位电路在{ \em both} $(SWAP)^α$和单量子位门的数量方面是最优的。
2005-07-15 quant-ph
Universal quantum circuit for n-qubit quantum gate: A programmable quantum gate
量子计算由于其在多项式时间内解决经典NP问题的潜力而引起了人们的广泛关注。因此，人们对建造量子计算机的兴趣越来越大。其中一个基本步骤是实现能够实现给定幺正运算的量子线路。这个任务已经解决了使用分解的酉矩阵在更简单的，直到达到量子线路只有单量子比特和hocTs门。通常目标是找到能够解决给定问题的最小量子线路。在这篇文章中，我们走了一个不同的方向。我们提出了一个通用的量子线路，它可以通过正确设置参数来实现任何特定的量子线路。换句话说，我们提出了一种可编程的量子线路。这开启了构建一个真正的量子计算机的可能性，在同一个硬件中可以实现几个不同的量子操作。提出的配置和它的光学实现进行了讨论。
2006-05-29 quant-ph
Finding Broken Gates in Quantum Circuits---Exploiting Hybrid Machine Learning
目前量子逻辑门的实现可能是高度错误的，并引入错误。为了纠正这些错误，有必要首先识别故障门。我们展示了一个程序，以诊断门故障发生在电路中使用的混合量子和经典的K-近邻（KNN）机器学习技术。我们使用诊断电路和选定的输入量子位来完成这个任务，以获得一组输出状态和参考状态之间的保真度。然后，可以存储电路的结果以用于经典的KNN算法。我们在数值上证明了在具有超过30个门和多达9个量子位的电路中定位故障门的能力，准确率超过90%。
2020-01-29 quant-ph
Nonunitary quantum circuit
将量子线路推广到非幺正电路，其组成部分是由量子测量控制的非幺正门。结果表明，一种特殊类型的单量子比特非幺正门，受控非门以及所有的单量子比特幺正门构成了非幺正量子线路的通用门集，而不需要引入辅助量子比特.一个反向测量方案被用来提高成功的非酉门操作的概率。以量子与非门和Abrams Lloyd非线性门为例进行了分析。我们的非幺正电路可以用来减少量子比特的开销，以确保容错量子计算。
2005-04-06 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
Optimal quantum circuit synthesis from Controlled-U gates
从几何方法，我们推导出所需的任意控制酉门的最小数量的应用程序来构建一个通用的量子线路。一个新的分析施工过程中，提出并证明是最优或接近最优。这一结果可以推广到提高任意纠缠门构造通用量子线路的效率。具体来说，对于受控非门和双受控非门，我们开发了简单的分析方法来构造具有三种应用的通用量子线路，这是最不可能的。
2003-08-29 quant-ph
Pauli Error Propagation-Based Gate Reschedulingfor Quantum Circuit Error Mitigation
在噪声量子计算机上运行的噪声中间尺度量子（NISQ）算法应该仔细设计，以提高输出状态的保真度。虽然已经提出了几种编译方法来最大限度地减少电路错误，但它们通常会忽略不影响电路深度或门数的详细电路结构信息。在量子门的错误率存在空间变化的情况下，调整电路结构可以在减轻错误方面发挥主要作用。在本文中，我们利用门重排的自由度的基础上的交换规则，显示门错误传播路径的影响的输出状态的保真度的量子线路，提出先进的预测技术，以项目的成功率的电路，并开发一个新的编译阶段后量子线路映射，以提高其可靠性。我们提出的方法已被验证使用各种量子线路与不同的成功指标，这是在IBM量子计算机上执行。我们的研究结果表明，重新调度量子门的错误传播路径的基础上，可以显着提高的量子线路的保真度在可变的门错误率的存在。
2022-01-31 cs.ET quant-ph
Linear-Depth Quantum Circuits for n-qubit Toffoli gates with no Ancilla
我们设计了一个线性深度的电路结构来实现一个$n$量子比特Toffoli门。所提出的构造使用由围绕x轴的基本2量子位控制旋转门组成的二次尺寸电路，并且不使用辅助量子位。在量子比特之间具有有限距离相互作用的量子技术中，电路深度保持线性。所建议的构造与Barenco等人（Phys.Rev.A，52：3457-3467，1995，arXiv：quant-ph/9503016）的长期构造有关，其使用二次尺寸、二次深度的量子线路用于$n$ -量子位Toffoli门。
2013-03-14 cs.ET quant-ph
Scalable Circuit Cutting: A Framework for Combined Gate and Wire Cuts Using Gate Groups
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Fraunhofer IIS, Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS（弗劳恩霍夫集成电路研究所IIS）；MQSC（量子计算与软件中心）
本研究提出统一框架结合门与线切割，通过门分组实现联合切割，将切割位置问题转化为可扩展图划分任务，为大规模电路高效识别近最优切割位置并提供诊断反馈以降低采样开销。
2026-08-07 cs.ET quant-ph
Quantum Gates and Circuits
本文回顾了量子逻辑门思想产生于可逆布尔门理论的历史。我强调量子XOR或受控NOT作为量子计算的基本两位门。这个门在量子纠错网络中起着核心作用。
1997-05-07 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
Efficient High-Dimensional Quantum Circuit Synthesis: From Multi-Controlled Gates to Isometries and Quantum Channels
Institute for Advanced Study in Mathematics, Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学高等研究院）；School of Mathematics, Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学数学学院）
研究多控制门的量子电路合成，提出有效方案减少基本门数量，改进了现有复杂度界限，给出等距变换和量子通道的电路构造，首次提出特定条件下单控制门合成方案并建立理论下限。
2026-08-19 quant-ph
Variational Quantum Algorithm based circuit that implements the Toffoli gate with multi inputs
本文提出两种变分量子算法，仅用单量子比特门和CNOT门实现多输入Toffoli门，并通过Hilbert-Schmidt内积和可观测量期望值构造代价函数，利用PennyLane完成优化。
2023-05-30 quant-ph
Characterisation of individual gates using twirling circuits
Research Centre for Quantum Information, Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院物理研究所量子信息中心）；Institute for Quantum Science and Technology, University of Calgary（卡尔加里大学量子科学与技术研究所）；Department of Physics, Lakehead University（湖首大学物理系）
本文提出利用扭动电路对单个量子比特门进行精确表征，无需随机门平均，提升随机基准测试技术。
2026-01-17 quant-ph
Constructing quantum circuits with global gates
有各种各样的门集合可以用来描述量子计算。在量子计算的文献中特别流行的门集合由任意单量子比特门和2量子比特CNOT门组成。然而，CNOT门并不总是可以在给定的物理量子计算机上实现的自然多量子位相互作用，需要将这些CNOT门转换为本机门集合的编译步骤。一个特别有趣的例子是离子阱量子计算机，其中自然纠缠操作可以作用于2个以上的量子位，甚至可以同时全局作用于所有量子位。这就需要一种完全不同的方法来构建有效的电路。在本文中，我们研究的问题，转换一个给定的电路，使用2-量子位门到一个使用全局门。我们的三个主要贡献如下。首先，我们找到了一个有效的算法，用于将由Clifford门和任意相位门组成的任意电路转换成由单量子比特门和与原始电路中存在的非Clifford相位的数量成比例的全局相互作用组成的电路。其次，我们找到了一个通用的策略，将一个针对所有量子位的全局门转换为一个只针对量子位子集的全局门。这种方法与未被靶向的量子位的数量线性地缩放，与在（Maslov & Nam，N. 2018）。第三，我们改进了从（Maslov & Nam，N. 2018）至6 n-8。
2021-03-05 quant-ph
Design and optimisation of quantum logic circuits for a three-qubit Deutsch-Jozsa algorithm implemented with optically-controlled, solid-state quantum logic gates
我们分析了量子逻辑电路的设计和优化，适用于基于光控固态量子逻辑门的三量子比特量子计算原型的实验演示。在这些门中，由供体的电子自旋携带的两个量子比特之间的相互作用由放置在它们附近的控制粒子的光激发介导。首先，我们用几何方法分析这些量子门的纠缠特性。然后，使用遗传编程算法，我们开发电路的改进Deutsch-Jozsa算法调查不同的策略，以获得短的总计算时间。我们测试了两种不同的方法，基于使用不同的纠缠门与最短的门计算时间，然而，不引入泄漏的量子信息的控制粒子。第一组利用控制相位门的快速近似作为纠缠门，而另一个任意纠缠门与第一组相比具有更短的门计算时间。我们已经确定了电路，始终较短的总计算时间时，使用受控相位门。
2009-10-09 quant-ph
Multilevel Circuit Optimization in Quantum Compilers: A Case Study
IBM Quantum Japan（IBM量子日本）；Quantum Computing Center, Keio University（庆应义塾大学量子计算中心）；Toyota Central R&D Labs., Inc.（丰田中央研发研究所）；Department of Applied Physics and Physico-Informatics, Keio University（庆应义塾大学应用物理与物理信息学系）
本研究提出量子编译器中的多级电路优化方法，通过逐级门集合降阶、简化与分解，以哈密顿量模拟电路为案例实现了CX门数量的二次方级减少，提供了电路优化的新思路。
2025-05-16 quant-ph
Optimization and Synthesis of Quantum Circuits with Global Gates
本研究提出一种基于ZX-calculus的算法，利用离子阱硬件中的Global Mølmer-Sørensen全局门优化和综合量子电路，有效减少全局纠缠操作数量，其性能优于朴素算法和Qiskit优化器。
2025-10-12 quant-ph
Quantum Circuit Optimization and Transpilation via Parameterized Circuit Instantiation
参数化电路实例化是一种常见的技术，遇到了一个大类的混合量子经典算法的电路生成。尽管受到IBM Qiskit和Google Cirq等流行的量子编译基础设施的支持，但在电路编译和优化管道的背景下，实例化尚未得到广泛考虑。在这项工作中，我们描述的算法，应用实例化在两个常见的编译步骤：电路优化和门集编译。当放置在一个编译工作流程中，我们的电路优化算法产生的电路平均比其他优化编译器少13%的门。我们的门集转译算法可以针对任何门集，甚至是具有多个双量子位门的集合，并产生比其他编译器平均少12%的双量子位门的电路。总体而言，我们展示了如何将实例化纳入编译器工作流程，以提高电路质量和增强可移植性，同时保持合理的低编译时间开销。
2022-06-16 cs.ET quant-ph
Quantum circuits with uniformly controlled one-qubit gates
均匀控制的单量子位门是量子门，其可以表示为作用于单个量子位的二维么正算子的直和。我们提出了一个量子门阵列，它使用最多2^{n-1} - 1个受控非门，2^{n-1}个单量子位门和一个对角n量子位门来实现这种类型的任何n量子位门。该电路是基于所谓的量子多路复用器，我们提供了一个修改后的建设。我们说明了这些门的通用性，通过将它们应用到一个一般的n-量子位门和一个本地状态的准备过程的分解。此外，我们研究他们的实现仅使用最近邻门。我们给出了所有上述应用的单量子比特和受控非门计数的上界。在所有这四种情况下，所提出的电路拓扑结构要么改善或实现先前报道的上限的门数。因此，它们为目前已知的一般门分解提供了最有效的方法。
2004-10-29 quant-ph
On the Experimental Determination of Nonlocal Characteristics of Two-Qubit Gates
Vellore Institute of Technology（维洛尔理工学院）
本文基于su(4)卡当子代数元素生成的两比特门的纠缠能力和门典型性表达式，构建量子电路来测量两比特门的这两种特性以确定其非局域特性，通过调整CNOT门数量减少测量纠缠能力的电路数量，且测量门典型性需更多非局域资源。
2026-07-15 quant-ph
Linear-depth quantum circuits for multiqubit controlled gates
量子线路深度最小化是基于线路的量子计算的实际应用的关键。在这项工作中，我们提出了一个系统的过程来分解多量子比特控制的酉门，这是在许多量子算法中必不可少的，控制非和单量子比特门的量子线路深度只与控制量子比特的数量线性增加。我们的算法不需要任何辅助量子位，并实现了对已知方法的电路深度的二次减少。我们展示了我们的算法的优势与IBM量子云平台上的原理验证实验。
2022-10-04 cs.ET quant-ph
Optimization of Quantum Circuit Mapping using Gate Transformation and Commutation
本文研究了噪声中尺度量子计算机的量子线路映射问题。由于NISQ计算机将两个量子比特的操作限制在有限的耦合上，因此输入电路必须转换为服从约束的等效输出电路。转换通常需要额外的门，这可能会影响电路运行的准确性。基于以前的工作量子线路映射，利用门换向规则，本文显示了算法，利用变换和换向规则。在标准基准数据集上的实验证实，与现有的最佳算法相比，具有更多规则的算法可以找到更好的电路映射。
2019-10-18 cs.DS cs.ET quant-ph
Representation of Quantum Circuits with Clifford and $π/8$ Gates
本文引入了基$\{H, P, T\}$上单量子比特量子线路的规范形式的概念，其中$H$、$P$和$T$分别表示Hadamard门、相位门和$π/8$门.该基础被称为{ \it标准集}，Boykin等人[FOCS '99]已经证明了其普适性。我们的规范形式有几个很好的性质：（i）在这个基础上的每个电路可以很容易地转换为规范形式，（ii）每两个规范形式电路计算相同的酉矩阵当且仅当两个电路相同。我们还表明，酉操作的数量，可以表示在此基础上，包含在最$n$ $T$ -门电路正是$192 \cdot (3 \cdot 2^n - 2)$。
2008-06-24 quant-ph
Quantum Circuits for General Multiqubit Gates
我们考虑一个通用的基本门序列，它需要实现一个作用于n个量子比特的通用量子门-一个具有4^n个自由度的幺正变换。对于门序列的综合，提出了一种基于余弦-正弦矩阵分解的方法。结果是最佳的基本单量子位门的数量，4^n，比以前报道的分解需要4^n-2^n+1控制非门更有利的规模。
2004-10-29 quant-ph
Quantum Circuits for Functionally Controlled NOT Gates
我们将Selinger和Jones提出的Toffoli门的量子线路推广到功能控制的非门，即，由任意$n$变量布尔函数控制的$X$门。我们的构造目标是由Clifford门和任意角度的单量子比特旋转组成的门集合。我们的结构使用沃尔什-阿达玛谱的布尔函数和建立在工作Schuch和Siewert和Welch等人。我们提出的量子线路的情况下，目标量子比特是在一个任意的状态，以及特殊的情况下，目标是在一个已知的状态。此外，我们提出了不需要辅助量子位的结构和旋转深度为1的结构。
2020-05-25 cs.ET quant-ph
Characterization, synthesis, and optimization of quantum circuits over multiple-control $\textit{Z}$-rotation gates: A systematic study
本文针对多控制 Z 旋转门量子电路，建立电路-多项式对应关系，提出最优门数综合方法与深度优化迭代算法，并在对角厄米算符和 QAOA 电路上实现电路深度平均降低 33.40% 和 15.55%。
2023-04-18 quant-ph
Pseudo-Random Circuits from Clifford Plus T-Gates
我们探讨了单量子比特的伪随机旋转和多量子比特伪随机电路的实现，这些电路仅由Clifford门和相位旋转为π/4的T门构成。这样的门集合将适合于在容错设置中执行的计算。对于单量子比特旋转，从Clifford加T构造的幺正中发现的参数分布很快接近随机旋转的参数分布，并且需要比任意单量子比特旋转构造少得多的门。对于Clifford + T伪随机电路，我们发现其矩阵元分布的高阶矩的高斯收敛性和随机矩阵元分布的指数收敛性。这些收敛速率对量子比特的数量不敏感。
2013-09-16 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
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
Realization of Superadiabatic Two-qubit Gates Using Parametric Modulation in Superconducting Circuits
快速、鲁棒、低串扰的双量子比特门操作是可扩展量子信息处理的关键。参数驱动门对串扰不敏感，而超绝热控制可以在不损失精度的情况下提高门的速度。我们提出并实验实现了超导量子线路上的超绝热双量子比特门。我们的研究结果表明，在接近量子极限的门速度绝热保存，除了对控制不稳定的鲁棒性。我们展示了一个CZ门的错误率为5.8 $\%$，主要受量子位退相干，有前途的未来改进和可扩展的实现。
2019-11-28 quant-ph
Explicit lower bounds on strong simulation of quantum circuits in terms of $T$-gate count
研究了具有少量$T$门的Clifford+ $T$量子线路.使用稀疏化引理，我们确定的时间复杂度下限的$T$门计数低于一个强大的模拟器将提高国家的最先进的$3$ -SAT解决。
2019-02-25 cs.CC quant-ph
Faster Born probability estimation via gate merging and frame optimisation
通过经典方法估计结果概率是验证量子计算设备的重要任务。任何量子线路的结果概率都可以使用蒙特卡罗采样来估计，其中电路帧表示中存在的负性的量量化了实现特定精度所需的样本数量上的开销。在本文中，我们提出了两个经典的子例程：电路门合并和帧优化，优化电路表示，以减少采样开销。我们表明，这两个子例程的运行时规模多项式电路的大小和门的深度。我们的方法适用于一般的电路，无论生成门集，qudit尺寸和电路元件的选择框架表示。我们数值上证明，我们的方法提供了改进的缩放的负开销的所有测试情况下的随机电路与Clifford+ $T$和哈尔随机门，我们的方法的性能相比，有利地与以前的准概率模拟器的非Clifford门的数量增加。
2022-10-09 quant-ph
Experimental Demonstration of a Quantum Circuit using Linear Optics Gates
量子计算的光学方法的主要优点之一是光纤可以用来连接逻辑和存储设备以形成有用的电路，类似于传统计算机的电线。在这里，我们描述了一个简单的量子线路的实验演示，在这种电路中，两个概率异或（XOR）逻辑门结合起来计算三个输入量子比特的奇偶校验。
2005-04-05 quant-ph
Is Circuit Depth Accurate for Comparing Quantum Circuit Runtimes?
针对量子电路深度未考虑不同门执行时间差异导致运行时比较不准确的问题，提出门感知深度指标，利用架构平均门执行时间加权，显著提升了运行时预测和最短运行时电路识别的准确性。
2025-09-16 cs.ET 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
Minimization of Quantum Circuits using Quantum Operator Forms
本文提出了一种利用量子算符形式（QOF）最小化可逆量子线路的方法，给出了基于CNOT、CV和CV $^\dagger$量子门的量子线路和量子实现可逆线路的新表示.所提出的形式是对著名的Reed-Muller形式的量子扩展，但与Reed-Muller形式不同，QOF允许使用不同的量子门。因此，QOF允许通过使用与仅多控制Toffoli门不同的门的性质来最小化量子线路。我们介绍了一组最小化规则和一个伪算法，可以用来设计电路的CNOT，CV和CV $^\dagger$量子门。我们展示了如何使用QOF来最小化可逆量子线路，以及如何使用上述量子门来获得精确的实现。
2017-01-08 quant-ph
Decomposition of Multi-Qubit Gates for Circuit Cutting
Corporate Laboratory, Toshiba Corporation（东芝公司企业实验室）；Human Genome Center, The Institute of Medical Science, The University of Tokyo（东京大学医学科学研究所人类基因组中心）
本文提出一种减少电路切割采样开销的方法，通过调整多量子位门的分解策略，引入少量辅助量子位以降低采样需求。
2026-03-27 cs.ET quant-ph
Finding diagonal logical gates in CSS codes and circuits
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出高效算法，可从给定ansatz门中找出CSS码与电路的所有对角逻辑门，其运行时间为O(n³)，还讨论了该方法向其他门及量子位的推广，为容错量子计算提供支持。
2026-07-30 quant-ph
Synthesis of CNOT-Dihedral circuits with optimal number of two qubit gates
本文利用量子门的生成集[X，T，CX，CS]，给出了具有最少数量的受控S（CS）和受控X（CX）门的双量子比特hocT-二面体群中所有元素的显式标准形.我们提供了一个算法来连续构造n量子比特hocT-Dihedron群，断言最佳数量的受控X（CX）门。这些结果是需要估计门错误通过非克利福德随机基准，并可能有进一步的应用，容错门集的电路优化。
2020-12-03 math.GR quant-ph
Lower bound on the number of Toffoli gates in a classical reversible circuit through quantum information concepts
在一个经典的可逆电路中找到一个下界的Toffoli门的数量的问题得到解决。提出了一种基于量子信息概念的方法。该方法仅涉及量子信息的概念-不需要实际的物理量子计算机。以经典Shannon数据压缩为例说明了该方法。
2005-03-28 quant-ph
Clifford Circuit Optimization with Templates and Symbolic Pauli Gates
Clifford群是由Hadamard、CNOT和相位门生成的酉群的有限子群。这个小组在量子纠错、随机基准测试协议和纠缠研究中发挥着重要作用。在这里，我们考虑的问题，找到一个短的量子线路实现一个给定的克利福德群元素。我们的方法旨在最大限度地减少纠缠门数，假设所有对所有量子位连接。首先，我们考虑基于模板匹配的电路优化，并设计Clifford特定的模板，这些模板利用Pauli和SWAP门的能力。其次，我们介绍了一种符号窥视孔优化方法。它的工作原理是将整个电路投影到量子比特的一个小子集上，并通过动态编程优化重新编译投影的子电路。将所选量子位子集与剩余量子位耦合的CNOT门使用符号泡利门表示。与Aaronson-Gottesman规范形式相比，这些方法的软件实现发现电路距离6个量子位的最佳值仅0.2%，并且将电路中的两个量子位门数平均减少了64.7%。
2021-11-11 cs.ET quant-ph
Quantum Information processing by NMR: Implementation of Inversion-on-equality gate, Parity gate and Fanout gate
虽然通过具有少量量子比特的核磁共振（NMR）进行的量子信息处理已被很好地建立，但由于退相干/弛豫，冗长计算的实现已被证明是困难的。在这种情况下，浅电路（使用并行计算的电路）可能被证明是现实的。奇偶校验门和扇出门对于创建浅电路是必不可少的。在这篇文章中，我们实现了在3量子比特系统中的反转平等门，其次是奇偶门和扇出门的NMR，使用间接交换耦合哈密顿量下的演化。
2004-04-06 quant-ph
Experimental Implementation of Noncyclic and Nonadiabatic Geometric Quantum Gates in a Superconducting Circuit
基于几何相位的量子门具有固有的抗噪声特性，因而受到广泛关注。然而，以前的几何量子计算的实现通常需要很长的门脉冲时间。结果，由于时间消耗过大，它们的实验控制不可避免地遭受系统误差的累积干扰。在这里，我们实验上实现了一组非循环和非绝热几何量子门的超导电路，大大缩短了门时间。此外，我们还通过随机基准测试方法，实验验证了我们的通用单量子比特几何门对Rabi频率误差和量子比特频率偏移引起的误差的鲁棒性，与传统的动态门相比。此外，该方案还可以用来构造两量子比特的几何运算，同时证明了最大纠缠Bell态的产生。因此，我们的结果为在超导量子线路中实现快速、高保真度和抗错误的量子门提供了一个有希望的方法。
2022-10-07 quant-ph
