Fault-tolerant circuit synthesis for universal fault-tolerant quantum computing
提出了一种基于级联码实现通用容错量子计算的量子线路综合算法。为了实现容错量子计算，需要将容错量子协议转换为基于最近邻相互作用的可执行量子线路。与基本上基于局部运算定义的拓扑码不同，对于级联码，可以通过应用量子线路综合来获得由局部运算组成的电路。然而，通过现有的为普通量子计算算法开发的量子线路综合，在所得到的电路中可能不能保持协议的容错性。此外，实现通用容错量子计算的量子线路还需要考虑更多的问题。首先，当选择量子位移动路径（一系列\emph{SWAP}门）以满足几何局域性约束时，我们不必在数据量子位上传播量子错误。第二，电路应该是独立的，这样无论情况如何都可以独立行动。第三，对于通用的容错量子计算，我们需要多个容错量子协议的多个容错量子线路作用于同一输入，一个逻辑数据量子比特。最后，我们需要回顾一下容错协议，如综合征测量和编码器隐含地包括以测量结果为条件的经典控制处理，因此必须在时间流中划分量子线路以执行经典控制。本文提出了电路综合的方法来解决这一问题，并给出了如何综合$[[7,1,3]]$ Steane码的通用容错协议集和$[[23, 1, 7]]$ Golay码的伴随式测量协议。
2022-06-06 quant-ph
Universality in the Anticoncentration of Chaotic Quantum Circuits
本文发现随机量子电路反集中现象可由一个仅含两个拟合参数的普适函数形式描述，该形式在有限尺寸和浅层深度下仍成立，并据此提出利用浅层电路对更大规模量子设备进行基准测试的实用框架。
2025-07-07 quant-ph
A Universal Quantum Circuit Design for Periodical Functions
我们提出了一个通用的量子线路设计，可以估计任何一维周期函数的基础上相应的傅立叶展开。该量子线路包含N个量子比特以存储关于不同N傅立叶分量的信息，以及具有用于控制操作的$M = \lceil{\log_2{N}}\rceil$的$M+2$辅助量子比特。期望的输出将在最后一个量子位$q_N$中测量，其时间复杂度为$O(N^2\lceil \log_2N\rceil^2)$的计算。我们说明的方法，通过构建方波函数的量子线路与使用IBM-QASM模拟器直接模拟得到准确的结果。该方法是通用的，可以适用于任何周期函数。
2021-08-30 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
Classical simulation of quantum circuits by dynamical localization: analytic results for Pauli-observable scrambling in time-dependent disorder
我们将安德森局域化的概念，量子信息在空间不规则势中的限制，推广到量子线路。考虑匹配门电路，产生的时间相关的自旋1/2 XY哈密顿，我们给出了一个解析公式的时间有序相关的本地可观察的，并表明它可以有效地评估一个经典的计算机，即使显式海森堡时间演化不能。由于这个数量的边界截断的演变到一个空间有限的区域所产生的平均误差，我们证明了动力学本地化的经典模拟量子计算的一种手段，并给出了本地化的相位在某些时空无序哈密顿的例子。
2018-05-10 cond-mat.dis-nn 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
Parameterized quantum circuits as universal generative models for continuous multivariate distributions
Universiteit Leiden, the Netherlands（莱顿大学）；CERN, Geneva, Switzerland（欧洲核子研究中心）；Instituut-Lorentz, Universiteit Leiden, the Netherlands（洛伦兹研究所，莱顿大学）
本文研究了参数量子电路在生成连续变量分布中的通用性，提出基于期望值采样的模型，并证明了此类变分量子算法生成多元分布的通用性，同时探讨了不同架构并给出了量子比特数量与测量次数之间的紧界。
2024-05-29 quant-ph
Interplay between topology and localization on superconducting circuits
本研究基于带可控非对角准周期调制的一维SSH模型，探究超导电路中拓扑与局域化的竞争，构建多类量子相的相图，分析量子比特激发动力学的独特态转移，并提出利用现有实验装置检测量子相的方法。
2023-05-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal Gate Set for Continuous-Variable Quantum Computation with Microwave Circuits
我们提供了一个显式的构造一个通用的门集连续变量量子计算与微波电路。这样一个泛集首先在量子光学装置中提出，但由于工程强非线性的困难，它的实验实现在该领域仍然难以捉摸。在这里，我们展示了基于SNAIL的现实三波混频微波架构[Frattini等人，应用物理信函110，222603（2017）]使我们能够克服这一困难。作为一个应用程序，我们表明，这种架构允许生成一个立方相态的实验可行的程序。这项工作突出了微波电路的实际优势，相对于光学系统的工程非高斯状态的目的，并打开了连续变量算法的基础上，从连续变量通用集合的几个重复的基本门的追求。
2020-10-15 quant-ph
Circuit Optimization for Universality Transformation
NTT（日本电信电话株式会社）
本文提出一种更简短的电路方案，通过消除非虚ancillary qubits实现通用门集转换，并扩展到连续门集场景，证明任意多量子比特单元ary可由实单量子比特单元ary门、CCZ门和|0⟩|+i⟩生成。
2026-10-05 quant-ph
Note on the Universality of Parameterized IQP Circuits with Hidden Units for Generating Probability Distributions
本文针对参数化IQP电路生成模型，给出两个简单证明，说明通过引入隐藏单元（被迹除的量子比特）可使其边缘分布具备生成任意概率分布的普适性，且所需额外量子比特数量合理。
2025-04-08 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
Efficient Circuits for Exact-Universal Computations with Qudits
本文研究量子点的量子线路的有效实现。我们表明，受控的两个qudit门可以实现没有ancillas和证明的门库包含任意本地幺正和一个两个qudit门，CINC，是准确的普遍。最近的一篇论文（PRL 94 230502）描述了用于量子的量子线路，其需要O（d^n）个用于状态合成的双量子门和O（d^{2n}）个用于酉合成的双量子门，匹配相应的下限复杂度。在这项工作中，我们提出了更详细的状态合成电路，并证明它是正确的。此外，原算法中所需的（n-2）/（d-2）ancillas可以被删除，而不改变渐近性。此外，我们提出了一个新的酉合成算法，启发QR矩阵分解，这也是渐近最优的。
2005-09-22 quant-ph
The principle of majorization: application to random quantum circuits
我们检验了优化原则[J. I. Latorre和M. A. Martin-Delgado，Phys. Rev. A 66，022305（2002）]在随机电路中。考虑了三类电路：（i）通用的，（ii）经典模拟的，和（iii）既不通用也不经典模拟。所研究的族是：{CNOT，H，T}，{CNOT，H，NOT}，{CNOT，H，S}（Clifford），匹配门和IQP（瞬时量子多项式时间）。我们验证了所有的家庭的电路平均满足递减优化的原则。在大多数情况下，渐近状态（门的数量趋于无穷大）表现得像一个随机向量。然而，明显的差异出现在与渐近状态相关的洛伦兹曲线的波动中。洛伦兹曲线的涨落区分了随机量子线路的普适和非普适类别，并且它们还检测了一些非普适但不能经典有效地模拟的量子随机线路的复杂性。我们的结论是，优化可以用作量子动力学复杂性的指标，作为替代，例如，纠缠谱和时间外的顺序调制器（OTOC）。
2021-02-19 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
Localization and integrability breaking in weakly interacting Floquet circuits
本文提出一类可插值于非相互作用、自由传播、一般相互作用与 dual-unitary 动力学之间的 Floquet 电路，以双量子比特门算符纠缠熵度量相互作用强度，并通过谱统计、自关联衰减和纠缠增长分析表明多体局域化在热力学极限下不持续，而表现为可积性破缺。
2024-04-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Classical programmability is enough for quantum circuits universality in approximate sense
它是由M. A。尼尔森和I.L. Chuang 1997指出，不可能建立严格通用的可编程量子门阵列，它可以精确地执行任何幺正运算，建议用概率门阵列来代替。在目前的工作表明，如果使用更多的物理和弱条件的普遍性（建议已经在最早的工作由D.Deutsch 1985年）和谈论模拟任意，但有限的精度，那么它是可能的，建立通用可编程门阵列。但是现在Nielsen和Chuang的同样的不通过定理将有新的有趣的结果-门阵列的控制程序可以被认为是纯经典的。本文对这种“近似意义上”通用的确定性量子门阵列进行了详细的设计。
2001-03-20 quant-ph
Probing many-body localization phase transition with superconducting circuits
超导电路器件的链为研究合成玻色子量子物质提供了一个天然的平台。受超导传输子器件中无序链和相互作用链的实验研究进展的启发，我们利用精确对角化和矩阵乘积态动力学方法研究了玻色多体局域化相变.我们估计的位置过渡分离遍历和多体局域化阶段的无序强度和多体现场相互作用强度的函数。由超导电路实现的玻色子模型与类似的费米子模型的主要区别在于，由于多个激发占据同一位置的可能性，在位相互作用的影响更强。当包括实验中存在的较长范围跳跃和相互作用项时，发现相变具有鲁棒性。此外，我们计算实验相关的本地观测值，并表明其时间波动可以用来区分安德森绝缘体，多体局域化，和离域阶段的动态。当我们考虑幺正动力学时，忽略耗散、退相干和测量反作用的影响，动力学幺正的时间尺度足以观测多体局域相的特征动力学。此外，实验上可用的无序强度和相互作用允许调节多体局域化相变，从而使超导电路器件阵列成为探索局域化物理和相变的有前途的平台。
2019-07-09 cond-mat.dis-nn 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
Universal Configuration for Optimizing Complexity in Variational Distributed Quantum Circuits
本研究证明变分分布式量子电路中存在通用最优配置，能以最小深度最大化电路复杂性，并通过马尔可夫矩阵度量及数值比较验证了该结论。
2025-08-06 quant-ph
A Single Universal n-bit Gate for Reversible Circuit Synthesis
在文献中已经提出了许多包含多于一种门类型的通用可逆库。如果在电路结构中使用单个门类型，则可逆电路的实际实现容易得多。本文提出了一种可逆n位门，它是通用的可逆电路综合。所提出的门是可扩展的，根据电路的大小。该文件表明，使用所提出的门的合成电路的大小与使用3-in/out可逆电路的混合可逆库的合成电路的大小相当。
2013-06-05 cs.ET quant-ph
Quantum circuit model for continuous-time quantum walks on random graphs
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；International Centre for Theoretical Sciences (ICTS-TIFR)（国际理论科学中心（ICTS-TIFR））；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
提出拉普拉斯分区算法（LPA），通过Trotter-Suzuki乘积公式实现随机图上连续时间量子行走的高效量子电路模拟，显著降低项数和计算时间，并准确再现局域化现象。
2026-05-25 quant-ph
SOFT: a high-performance simulator for universal fault-tolerant quantum circuits
Institute of Software, Chinese Academy of Sciences（中国科学院软件研究所）；The University of Hong Kong（香港大学）；Arclight Quantum Corporation（Arclight量子公司）；Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院计算技术研究所）
SOFT是一种高性能的通用容错量子电路模拟器，通过整合广义稳定子形式化和GPU并行化，实现了大规模噪声量子电路的模拟，首次真实模拟了非平凡规模下的魔法态培养协议。
2025-12-28 quant-ph
Minimal Universal Two-qubit Quantum Circuits
我们给出了模拟任意两量子比特幺正算符直到全局相位的量子线路。对于几个量子门库，我们证明了在最坏和平均情况下，门数是最优的。我们的下限和上限比较有利，以前发表的结果。不使用临时存储，因为它在物理实现中往往是昂贵的。对于每个门库，可以通过单个通用电路实现最佳门计数。为了计算通用电路中的门参数，我们只使用封闭形式的代数表达式，特别是不依赖于矩阵指数。我们的算法已经在C++编码。
2004-03-12 quant-ph
Universality in the Anticoncentration of Noisy Quantum Circuits at Finite Depths
CY Cergy Paris Université（塞吉-蓬图瓦兹大学）；Laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris-Cité（巴黎高等师范学院物理实验室）
研究有限深度噪声量子电路中抗集中现象的普遍性，通过随机矩阵积算符描述噪声通道，发现不同噪声机制在不同深度区域表现出相似的位串概率分布，验证了抗集中行为的普遍性。
2026-02-05 quant-ph
Stark many-body localization transitions in superconducting circuits
最近的数值计算和实验研究揭示了线性势作用下相互作用系统中的无无序多体局域化（MBL），称为Stark MBL。基于超导电路的量子模拟已经广泛地研究了由无序引起的常规MBL。在这里，我们考虑两种类型的超导电路中的斯塔克MBL，即，超导量子位的一维阵列，以及量子位之间的非局部相互作用由谐振器总线介导的电路。利用有限尺寸标度坍缩理论，计算了高激发本征态的纠缠熵和参与熵，得到了临界线性势$γ_{c}$的下界.此外，我们还研究了Stark MBL的非平衡性质。特别是，我们观察到的不平衡的异常松弛，占主导地位的幂律衰减$t^{-ξ}$。当$γ<γ_{c}$时，指数$ξ$满足$ξ\propto|γ-γ_{c}|^ν$，而对于$γ\geq γ_{c}$，指数$ξ$为零，这可以用来估计$γ_{c}$。我们的工作表明，超导电路是一个很有前途的平台，调查的斯塔克MBL过渡的临界特性。
2021-07-17 cond-mat.dis-nn quant-ph
On universality of hardware-efficient ansatzes
QunaSys
该研究针对硬件高效型变分电路（HEA），通过证明任何相关量子电路可高效表示为HEA电路，得出模拟HEA某些主要类别的问题是BQP完全的结论，揭示了HEA的普适性特征。
2025-11-13 quant-ph
Scale-tailored localization and its observation in non-Hermitian electrical circuits
该研究提出由长程非对称耦合导致的尺度定制局域化，揭示其模式数与局域长度仅随耦合范围标度，并在非厄米电路中完成实验观测。
2024-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Measurement-Induced Phase Transitions and Logical-Space Localization in Floquet Monitored Clifford Circuits
Princeton University（普林斯顿大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究在Floquet监测Clifford电路中证明纠缠与纯化转变可分离，引入逻辑支持半径和逻辑Krylov维数，揭示体积律与面积律相变及新普适类。
2026-09-23 quant-ph
Fast universal quantum gates on microwave photons with all-resonance operations in circuit QED
电路量子电动力学（QED）中超导量子比特上的斯塔克位移在以前的工作中被用来在超导谐振器上构造通用量子纠缠门。它是色散区中谐振器和量子比特之间的二阶耦合效应，这导致量子比特上的缓慢状态选择旋转。本文提出了两种在多个超导谐振器耦合到一个超导量子点构成的微波-光子量子处理器中的超导谐振器上构造快速通用量子门的方案，即在两个微波-光子谐振器上构造受控相位（c相位）门和在两个微波-光子谐振器上构造受控相位门在三个谐振器上的（cc-相位）门，采用量子谐振操作，而没有任何驱动场。与以往的工作相比，我们的通用量子门在理论上具有更高的量子效率和更短的操作时间。数值模拟结果表明，我们的c相门的保真度为99.57%，在约38.1 ns和我们的cc相门的保真度为99.25%，在约73.3 ns。
2015-03-11 quant-ph
Optimal Two-Qubit Circuits for Universal Fault-Tolerant Quantum Computation
研究了Clifford+CS门集合上的两量子比特电路，该集合由Clifford门和受控相位门CS=diag（1，1，1，i）组成. Clifford+CS门集在量子计算中具有普适性，其元素可以通过幻态蒸馏在大多数纠错方案中容错实现。由于非Clifford门以容错方式执行通常更昂贵，因此通常期望构造使用很少CS门的电路。本文介绍了一种双量子比特Clifford+CS算子的高效优化综合算法。我们的算法输入一个Clifford+CS算子U，并输出一个Clifford+CS电路U，它使用尽可能少的CS门。由于算法是确定性的，它与Clifford+CS算子相关联的电路可以被视为该算子的范式。我们给出了一个明确的描述，这些正规形式，并使用此描述导出的最坏情况下的下限为5log（1/）+O（1）的CS门的数量所需的ε近似SU（4）的元素。我们的工作利用了各种各样的数学工具，可能会发现容错量子线路的研究中的进一步应用。
2021-06-17 quant-ph
Reversing Unknown Quantum Transformations: Universal Quantum Circuit for Inverting General Unitary Operations
给定一个实现$d$维幺正操作$U_d$的量子门，除了$d$没有任何具体描述，并且允许使用$k$时间，我们提出了一个实现精确逆$U_d^{-1}$的普适概率预示的量子线路，其失效概率在$k$中指数衰减.该协议采用自适应策略，证明指数性能的必要性。它需要$k\geq d-1$，已证明这是用量子电路精确实现$U_d^{-1}$所必需的。此外，即使当允许具有不确定因果顺序的量子电路时，也需要使用$k\geq d-1$。然后，我们提出了一个有限的线性和半正定约束的通用酉反演协议的特点，并制定了一个凸优化问题，其解决方案是最大的成功概率为给定的$k$和$d$。当$d=2$和$k\leq 2$用于$d=3$时，使用用于$k\leq 3$的半定编程求解器计算最优值。通过这种数值方法，我们第一次表明，不确定的因果顺序电路提供了一个优势，在一个任务中，涉及多次使用相同的单一操作的因果顺序的。
2020-04-15 quant-ph
Controlled probing of localization effects in the non-Hermitian Aubry-André model via topolectrical circuits
本研究探讨了非厄米Aubry-André模型中Anderson局域化与趋肤效应的相互作用，通过准周期无序的复相位实现精确控制，并利用拓扑电路实验验证了可调的电压局域化行为。
2025-06-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Universal controlled-phase gate with cat-state qubits in circuit QED
猫态量子比特（用猫态编码的量子比特）由于其具有量子纠错的增强寿命，最近引起了人们的广泛关注。本文提出了一种通过两个微波谐振器耦合到超导transmon量子阱来实现两个猫态量子比特的通用受控相位门的方法。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被大大抑制。该方案只需要两个基本操作，既不需要经典脉冲，也不需要测量，因此门实现简单。数值模拟表明，用电流电路QED技术实现这种门的高保真度是可行的。该方案具有较强的通用性，可用于实现两个微波谐振腔或两个光学腔耦合到单个三能级自然或人工原子的门。
2017-08-15 quant-ph
Universal compilation for quantum state preparation and tomography
通用编译是一种将可训练幺正编译为目标幺正的训练过程，它具有广泛的潜在应用，从量子动力学模拟到深度压缩优化电路、器件基准测试、量子错误缓解等。本文提出了一种基于通用编译的变分算法，用于低深度量子线路中量子态的制备和层析成像。我们将Fubini-Study距离应用于各种基于梯度的优化器（包括量子自然梯度方法）下的可训练成本函数。我们评估各种单一的拓扑结构的性能和不同的优化获得高效率的可训练性。在实践中，我们讨论了量子态制备中的不同电路方案，包括制备不同纠缠目标态（如代表性的GHZ态和W态）的线性方案和基于图形的方案。我们还讨论了电路深度，贫瘠高原，读出噪声在模型中的影响，和错误缓解解决方案。接下来，我们评估重建效率的量子态层析成像通过各种流行的电路ansatzes，并揭示电路的深度在鲁棒保真度的关键作用。结果与阴影层析成像方法，在该领域的一个类似的方式。我们的工作表达了足够的能力，通用编译为基础的变分算法，以最大限度地提高效率的量子态的准备和层析成像。此外，它有望在量子精密测量和传感中应用，并可应用于近期的量子计算机，用于验证电路保真度和各种量子计算任务。
2022-04-25 quant-ph
Experimental demonstration of entanglement-enabled universal quantum cloning in a circuit
不可克隆定理禁止完美克隆未知的量子态。通用量子克隆机（UQCM）能够产生具有最佳保真度的任何输入量子比特的两个副本，是一个基本的兴趣，并在量子信息处理中有应用。这是通过输入量子位和复制量子位之间精心定制的非经典相关性实现的，这将UQCM与经典对应物区分开来，但其实验证明仍然缺乏。在这里，我们实现了超导电路中的UQCM，并研究这些相关性。测量到的纠缠与我们的理论预测一致，即它们与输入态无关，因此构成了UQCM的普遍量子行为，这是以前没有发现的。我们实验的另一个特点是实现了确定性和个体克隆，这与以前证明的UQCM相反，UQCM要么是概率性的，要么不构成个体量子比特的真正克隆。
2021-05-25 quant-ph
Probabilistic exact universal quantum circuits for transforming unitary operations
本文研究了通用量子线路的设计问题，以概率预示的方式将$d$维酉输入操作的$k$使用转换为酉输出操作。三类协议被认为是并行电路，其中的输入操作可以同时，自适应电路，其中允许顺序使用的输入操作，和一般协议，其中使用的输入操作可以执行没有明确的因果顺序。对于这三类，我们开发了一个系统的半定规划方法，找到一个电路，获得所需的转换与最大的成功概率。然后，我们详细分析了三个特定的变换;酉转置，酉复共轭，酉反转。对于酉转置和酉逆，我们证明了，对于任何固定的尺寸$d$，自适应电路的使用$k$相比，并行的指数改善。对于酉复共轭和酉逆，我们证明了如果$k$的使用次数严格小于$d-1$，则成功的概率必然为零。我们还讨论了不确定因果顺序协议的优势，因果的，并介绍了延迟输入态量子线路的概念。
2020-04-15 quant-ph
Quantum Oracles in Terms of Universal Gate Set
我们提出了一个系统的量子线路的建设实现Grover的数据库搜索算法的任意数量的目标。我们引入了一个新的运营商，翻转的标志的目标，并评估其电路的复杂性。找到了基于该算子的数据库搜索算法的电路复杂度小于传统算法的条件。
2011-08-01 quant-ph
Localization with random time-periodic quantum circuits
我们考虑一个随机时间演化算符，它是由一个随机幺正环耦合链上的偶、奇相邻自旋组成的。在Floquet进化的精神中，电路是时间周期性的;每个时间步都是用相同的随机实例重复的。我们得到任意局部希尔伯特空间维数d的分析结果：在一个单一的网站上，平均时间演化作为一个去极化通道。在自旋为1/2（d=2）的情况下，这在数值上进一步量化。为此，我们开发了一种新的数值方法，通过指数因子降低了复杂性。Haar分布幺正在许多时间步后导致完全去极化，即局部热化。耦合强度可调的幺正概率分布使我们能够观察到多体局域化跃迁。除了在幺正电路下的自旋链之外，我们考虑高斯电路的类似问题。我们可以对整个协方差矩阵而不仅仅是单个站点做出更强有力的声明，并发现动态是局部化的。然而，对于一个在空间中齐次的随机时间演化算子，系统是离域的。
2018-10-30 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Simulating weak localization using superconducting quantum circuits
理解复杂的量子物质是凝聚态物理的核心挑战。困难在于希尔伯特空间的指数缩放与系统的大小，使得解析和传统的数值方法的解决方案棘手。正如理查德·费曼最初设想的那样，这类问题可以使用可控量子模拟器来解决。尽管做出了许多努力，但构建一个能够解决一般量子问题的量子仿真器仍然是一个突出的挑战，因为这涉及控制大量的量子元件。在这里，采用多元超导量子线路和操纵一个微波光子，我们证明，我们可以模拟在介观系统中观察到的弱局域化现象。通过在我们的仿真器电路中设计控制序列，我们也能够再现弱局域化的众所周知的温度依赖性。此外，我们可以使用我们的电路来连续调整无序程度，这是一个在介观系统中不容易获得的参数。通过展示高水平的控制和复杂性，我们的实验显示了超导量子线路实现可扩展量子模拟器的潜力。
2014-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Non-equilibrium delocalization-localization transition of photons in circuit QED
我们发现，在两个隧道耦合微波谐振器中的光子，每个包含一个单一的超导量子比特经历一个尖锐的非平衡离域-本地化（自陷）过渡，由于强光子-量子比特耦合。我们发现，耗散有利于自陷制度，并导致观察的过渡作为时间的函数，而无需调整系统的任何参数的可能性。此外，我们发现光子在其中一个共振器中的自陷（空间局域化）迫使相对共振器中的量子比特保持在其初始状态（能量局域化）。这允许通过量子比特状态的局部读出来容易地实验观察跃迁。
2010-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con
Chaos in circuit QED: decoherence, localization, and nonclassicality
本文研究了在超强耦合区工作的电路QED模型的开放系统动力学。如果谐振器在时间上周期性地泵浦，则潜在的经典系统是混沌的。事实上，周期性驱动的Jaynes-Cummings模型在玻恩-奥本海默近似下类似于Duffing振子，在经典极限下，Duffing振子是混沌系统的一个众所周知的例子。输出场的场正交的检测用作振荡器的有效位置测量。我们解决这样的检测如何影响在这个二分系统的量子混沌演化。我们区分单次测量实现和重复测量的集合。在前一种情况下，测量/退相干引起的本地化效应遇到，而在后者中，这种本地化几乎完全不存在。这是在显着的对比，许多早期的作品讨论量子经典对应测量混沌系统。在相对强的测量引起的退相干下缺乏经典对应性归因于量子比特子系统的固有量子性质，特别是归因于量子比特和场之间的量子相关性，尽管退相干仍然存在。
2013-11-12 cond-mat.other quant-ph
Modal and Polarization Qubits in Ti:LiNbO$_3$ Photonic Circuits for a Universal Quantum Logic Gate
锂酸盐光子电路具有允许在单个芯片上容纳光子的产生、传输和处理的有益特性。像这样的紧凑型光子电路，具有集成在单个芯片上的多个组件，对于有效地实现量子信息处理方案至关重要。我们提出了一套基本的变换，是有用的操纵模式量子比特在Ti：铌酸锂$_3$光子量子线路。这些包括模式分析器，一种将状态的偶数和奇数分量分成两个单独的空间路径的设备;模式旋转器，它在模式空间中旋转状态一个角度;和模态泡利自旋算子，影响相关的操作。我们还描述了一个确定性的，双量子位，单光子，CNOT门，在某些通用量子逻辑门的关键元素的设计。它被实现为Ti：LiNbO $_3$光子量子线路，其中单个光子的偏振和模式数分别用作控制和目标量子比特。结果表明，在CNOT电路中增加一条额外的路径，可以有效地消除色散对CNOT电路的影响，并通过数值仿真验证了这些元件的性能。这些变换的实现依赖于单模和双模波导之间的选择性和可控的功率耦合，以及铌酸锂$_3$中普克尔斯系数的偏振灵敏度。
2010-09-22 quant-ph
Extending Matchgate Simulation Methods to Universal Quantum Circuits
本文提出将可经典高效模拟的 matchgate 电路方法扩展到含少量通用门的量子电路，并给出随通用门数量 m 变化的资源复杂度标度。
2024-06-16 quant-ph
Transitions in Entanglement Complexity in Random Circuits
纠缠是量子力学的定义性特征。两体纠缠的特征是冯诺伊曼熵。然而，纠缠不仅仅是用一个数字来描述的;它还以其复杂程度为特征。纠缠的复杂性是量子混沌的起源、纠缠谱统计的普遍分布、解纠缠算法和未知随机电路的量子机器学习的困难以及普遍的时间纠缠波动的根源。在本文中，我们用数值方法展示了如何通过在随机Clifford电路中掺杂$T$门来驱动从简单纠缠模式到通用复杂模式的交叉。这项工作表明，量子复杂性和复杂纠缠源于纠缠和非稳定剂资源的结合，也称为魔术。
2022-09-20 quant-ph
Spacetime duality between localization transitions and measurement-induced transitions
量子多体系统的时间演化通常会导致对称性允许的最大纠缠状态。阻碍纠缠增长的两种不同途径是通过空间无序诱导局域化，或使系统经历非幺正演化，例如，通过投影测量。在这里，我们采用的想法，时空旋转的电路，以探讨系统之间的关系，属于这两类。特别是，通过时空旋转酉Floquet电路，显示本地化过渡，我们构建非酉电路，显示丰富多样的纠缠标度和相变。我们的方法的一个结果是一个非幺正电路的自由费米子在一维，表现出从对数标度到体积律标度的纠缠过渡。这种转变伴随着类似于在混合投射-酉电路中看到的“净化转变”。我们遵循类似的策略，构建一个非酉二维克利福德电路，显示了从面积到体积定律纠缠缩放的过渡。类似地，我们旋转一个具有多体局域化的一维自旋链，以获得一个呈现纠缠跃迁的非幺正电路。最后，我们介绍了一个非常规的相关器，并认为，如果一个酉电路主机的多体局域化过渡，那么相关器预计是奇异的，在其非酉对应。
2021-11-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Absence of localization in two-dimensional Clifford circuits
本文通过随机图和渗流理论证明二维随机Clifford Floquet电路中局域化缺失、算符弹道扩散，而一维电路则出现强局域化，并揭示二维谱形状因子具有混沌准自由费米子特征。
2023-05-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Entanglement spectrum of matchgate circuits with universal and non-universal resources
本文首次证明仅由可模拟门集构成的匹配门电路可在无通用量子门元素时呈现 Wigner-Dyson 纠缠谱统计，并揭示输入纠缠比特数增加导致的复杂度跃升，从而表明纠缠谱与电路可模拟性之间并无强关联。
2024-07-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
Sufficient condition for universal quantum computation using bosonic circuits
针对连续变量玻色系统通用量子计算充分条件缺失的问题，研究人员基于含GKP态、高斯操作和零差测量的可模拟电路，提出连续变量态到量子比特态的通用映射框架，推导得到通用量子计算的充分条件，并验证了多种态的计算资源能力，为相关资源理论研究奠定基础。
2024-01-05 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
Universal quantum circuits for quantum chemistry
用于量子计算的通用门集合已经被知道了几十年，但是还没有提出用于粒子守恒幺正的通用门集合，这是量子化学中感兴趣的操作。在这项工作中，我们表明，受控的单激发门的吉文斯旋转的形式是普遍的粒子守恒幺正。单激发门描述了由状态$|01\rangle, |10\rangle$跨越的双量子比特子空间上的任意$U(2)$旋转，同时保持其他状态不变-这种变换类似于双轨量子比特上的单量子比特旋转。证明是构造性的，因此我们的结果也提供了一个明确的方法来编译任意的粒子守恒幺正。此外，我们描述了一种方法，使用受控的单激发门，准备一个固定数量的粒子的任意状态。我们推导出吉文斯旋转以及分解成单量子比特和CNOT门的解析梯度公式。我们的研究结果为量子计算化学提供了一个统一的框架，其中每个算法都是由相同的通用成分构建的独特配方：Givens旋转。
2022-06-10 quant-ph
Quantum-state preparation with universal gate decompositions
在量子计算中，每一个幺正操作都可以被分解成量子线路--一系列的单量子比特旋转和一种纠缠的双量子比特门，如受控非门（CNOT）。在判断电路的复杂性时，有两个指标很重要：本文给出了一种简单的制备任意量子态的量子线路方案，它可以直接利用任意全量子门的任意分解方案，从而将这两个问题联系起来。我们的电路将目前已知的最佳电路的深度减少了2倍。它还将CNOT门的总数从2^n减少到23/24 2^n，用于偶数量子位的前导顺序。具体来说，该方案允许我们将上限从11个CNOT门减少到9个，并将深度从11个减少到5个步骤。我们的研究结果有望为利用现有技术设计和构建小规模量子线路提供帮助。
2011-03-04 quant-ph
Tsim: Fast Universal Simulator for Quantum Error Correction
QuEra Computing Inc.（QuEra 计算公司）
Tsim是一款开源高吞吐量模拟器，用于模拟通用噪声量子电路，特别针对量子错误校正。通过参数化ZX图简化并编译电路，支持GPU加速，实现线性时间采样非Clifford门的数量。
2026-04-01 quant-ph
Electric circuits for universal quantum gates and quantum Fourier transformation
基于量子行走，通过将其表示为图上的散射问题，可以实现通用量子计算。在本文中，我们模拟量子门通过电路，最近的报告，一个一维的$LC$电路可以模拟一个薛定谔方程，从而量子行走。特别地，我们提出了一组通用的量子门的CNOT，Hadamard和$π/4$相移门使用电报线和混合桥的物理实现。此外，我们还构造了任意整数$n$的$π/2^{n}$相移门，它是基于Shor算法进行量子傅里叶变换和素因子分解的必要元件。我们的结果将为基于电路的通用量子计算开辟一条道路。
2019-12-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
