Hybrid quantum linear equation algorithm and its experimental test on IBM Quantum Experience
提出了一种基于Harrow-Hassidim-Lloyd（HHL）算法的混合量子算法，用于求解线性方程组。在我们的混合方案中，一个经典的信息前馈需要从量子相位估计算法，以减少电路深度从原来的HHL算法。在本文中，我们表明，这种混合算法是功能相同的HHL算法的假设下，算法中使用的量子比特的数量是足够大的。此外，在IBM Quantum Experience实验平台上对该算法进行了实验验证，实验结果表明，该算法在特定线性方程组上的性能比HHL算法更高.
2018-07-27 quant-ph
Quintuple: a Python 5-qubit quantum computer simulator to facilitate cloud quantum computing
2016年5月，IBM向科学界发布了其5量子位量子计算机，即“IBM Quantum Experience”，该产品已获得来自全球学生，教育工作者和研究人员的25，000多名用户。在“IBM Quantum Experience”推出后的短时间内，已经发布了一系列来自平台硬件的5量子比特系统的研究结果。Quintuple是一个开源的面向对象的Python模块，实现了“IBM Quantum Experience”硬件的模拟。五重量子算法可以通过与“IBM Quantum Experience”完全兼容的自定义语言或纯Python编程和运行。超过40个示例程序提供了预期的结果，包括Grover算法和Deutsch-Jozsa算法。Quintuple致力于研究5-qubit系统，以及开发和调试部署在“IBM Quantum Experience”硬件上的量子算法。
2016-06-29 quant-ph
Demonstrating Quantum Zeno Effect on IBM Quantum Experience
量子芝诺效应（QZE）自1977年Misra和Sudarshan发现以来一直是量子力学中最有趣的现象之一[J. Math.Phys. \textbf{18}，756（1977）]。已经有许多实验实现相同的尝试。在这里，我们在IBM量子体验平台上首次模拟了QZE。我们模拟了一个两能级系统的拉比驱动振荡，然后通过中间重复测量使用量子门来干扰时间演化，以增加量子比特在初始状态的生存概率。电路的设计与添加的中间测量一起，并在IBM量子模拟器上执行，结果显示与预测一致。随着中间测量次数的增加，生存概率增加，证明了QZE。此外，所获得的结果提供了一些替代的解释，这导致一些模糊的确切推理所观察到的结果。
2020-08-01 quant-ph
Compiling quantamorphisms for the IBM Q Experience
基于经典程序从规范的范畴推导与量子物理的范畴论方法之间的联系，本文将经典程序代数的定律推广到量子程序.这旨在构建正确的量子线路，以部署在量子设备上，例如IBM Q Experience中提供的量子设备。量子线路的可逆性是通过递归扩展的最小补来保证的。测量被推迟到这种递归计算的结束，称为“量子变形”，从而使量子效应最大化。量子变形是经典的变形，扩展到确保量子可逆性，实现量子循环（vulg.for-循环）和量子折叠列表。通过Kleisli对应，量子态可以写成带有量子参数的一元函数程序。这使得使用Haskell，一个一元函数编程语言，来执行实验工作。在Haskell中准备的这种计算量子程序通过Quipper推送到IBM Q量子设备的Qiskit接口。生成的量子线路--通常相当大--表现出了预测的行为。然而，在真正的量子设备上运行它们会导致大量的错误。随着量子设备的不断发展，在不久的将来可能会提高可靠性，使我们的程序能够更准确地运行。
2020-10-21 cs.ET math.CT quant-ph
Comment on "Multi-output quantum teleportation of different quantum information with an IBM quantum experience"
最近，Yu等人，（Commun. Theor. Phys.73（2021）085103）提出了一种“多输出量子隐形传态“方案，并使用IBM量子计算机实现了该方案。在他们所谓的基于多播的量子隐形传态方案中，发送者（Alice）将两个不同的量子态（其中一个是m量子比特GHZ类态，另一个是（m+1）量子比特GHZ类态）传送给两个接收者。为了执行该任务，使用五量子比特的簇状态作为量子信道，并且使用IBM量子计算机实现该方案，其中m = 1。在这篇评论中，它表明，量子资源所使用的Yu等，普遍偏高。人们可以只使用两个Bell态来完成同样的两方量子隐形传态的任务。在IBM量子计算机上实现了m = 1时利用最优资源的多输出隐形传态方案，并将所得结果与Yu等人的结果进行了比较。
2021-12-07 quant-ph
Quantum Algorithms in IBMQ Experience: Deutsch-Jozsa algorithm
本文以教学视角介绍IBM最新版量子计算机的基础要素与工具，详细阐述Deutsch-Jozsa算法的原理、相对经典算法的效率优势，及该算法在4量子比特系统上的实验实现，为相关教学研究铺路。
2022-01-18 quant-ph
Compressed quantum computation using the IBM Quantum Experience
采用压缩量子计算的概念，利用运行在$\log(n)$量子比特上的IBM云量子计算机模拟了由$n$量子比特组成的一维链的伊辛相互作用.控制该模型的量子相变的外场参数转化为生成电路的量子门的特定设置。我们在一个模拟四比特伊辛链的双量子比特系统上测量了表现量子相变的磁化强度，并在一定误差范围内与理论预测一致。我们还讨论了在使用云量子计算机时如何评估错误的相关点。作为一种解决方案，我们建议使用验证电路，即运行与感兴趣的电路相似复杂度的独立受控量子线路。
2017-01-11 quant-ph
Noise Mitigation with Delay Pulses in the IBM Quantum Experience
当前量子计算硬件面临的最大挑战之一是如何从嘈杂的设备中获得可靠的结果。最近的一篇论文[A。Kandala等人，Nature 567，491（2019）]描述了一种通过拉伸门时间来注入噪声的方法，从而能够计算量子期望值作为IBM-Q器件中噪声量的函数。外推到零噪声导致与精确结果非常一致。这里描述了一种替代方案，该方案采用有意添加的身份脉冲，周期性地暂停设备，以便逐渐使量子计算受到增加的噪声水平的影响。该方案在IBM-Q器件上的一个量子比特电路中实现。它被确定，这是一个有效的方法，用于控制添加噪声，并进一步，使用噪声的结果来执行外推可以导致最终输出的改善，提供了仔细的注意是如何进行外推。
2020-05-26 quant-ph
Quantum Robots Can Fly; Play Games: An IBM Quantum Experience
量子机器人是一个很好的未来应用，可以在量子计算机的帮助下实现。作为一个实际的例子，由Raghuvanshi等人提出的量子控制的Braitenberg车辆[Proceedings of the 37 th International Symposium on Multiple-Valued Logic（2007）]是一个移动量子系统，因此充当量子机器人。Braitenberg车辆是简单的电路机器人，可以体验自然行为，如恐惧，攻击和爱等。这些机器人可以通过量子线路控制，结合量子原理，如纠缠和叠加。复杂的行为可以通过一个可以在量子机器人中实现的量子线路来模仿。在这里，我们研究了Raghuvanshi等人的方案，并提出了一种新的量子线路，使量子机器人飞。我们演示了它在玩游戏中的应用之一。我们在这里介绍的量子机器人显示了“恐惧”的行为，它的运动本质上是确定性的。这种现象可以成功地在游戏中建模，在那里它总是可以避免事故。所提出的量子线路在描述上述协议的IBM量子经验中设计。
2019-05-27 quant-ph
Solving systems of linear algebraic equations via unitary transformations on quantum processor of IBM Quantum Experience
我们提出了一个解决系统的线性代数方程组通过量子力学方法使用最少数量的量子比特的协议。我们表明，$(M+1)$ -量子比特系统是足够的解决一个系统的$M$方程的变量之一离开其他变量未知的线性系统的矩阵满足一定的条件。在这种情况下，输入数据的向量（线性系统的rhs）被编码为量子系统的初始状态。该协议在IBM Quantum Experience的5-qubit超导量子处理器上实现，用于三个方程的特定线性系统。我们还表明，一个线性代数系统的解决方案，可以得到一个非均匀的自旋1/2链在一个非均匀的外部磁场与输入数据编码到这个链的初始状态的自然演化的结果。例如，在4自旋链中使用这样的演化，我们解决了三个方程的系统。
2020-01-01 quant-ph
Experimental Realization of Controlled Square Root of Z Gate Using IBM's Cloud Quantum Experience Platform
量子计算机形成了一个技术集群，在过去几年中增长巨大。虽然这项技术的规模仍然非常有限：也许这是它在不久的将来不会被视为大规模生产或公共使用的技术的原因：它是最有前途的发展之一，有可能改变世界。IBM量子体验平台使世界各地的每个人都有可能不受地理位置的限制，熟悉量子计算技术。它是进入量子世界的研究人员和爱好者的资源。随着该平台的发展，IBM已经证明，即使对量子力学缺乏深入了解的人来说，在量子计算机上编程和编写可执行代码也是容易和可访问的（它是一个云平台）。仅使用Composer工具中现有的预定义门来实现受控Z平方根门的构造。这个新创建的门可以用于量子算法的进一步研究，并为编写量子代码开辟了一种新的可行方法。
2018-06-07 quant-ph
A Novel Quantum N-Queens Solver Algorithm and its Simulation and Application to Satellite Communication Using IBM Quantum Experience
量子计算机可以使用量子力学效应（如叠加和纠缠）在多项式时间内解决经典计算机上难以解决的问题。N-Queens问题是属于NP完全问题的一个著名例子。它涉及在N × N棋盘上安排N个皇后，使得没有皇后攻击任何其他皇后，即没有两个皇后被放置在同一行，列或对角线上。到目前为止，经典计算机在生成N皇后问题的所有解时所实现的最佳时间复杂度是O（N！）。本文提出了一种新的算法，在量子计算机上以O（N^3）阶多项式时间和O（N^2）阶多项式存储器生成N皇后问题的所有解。我们模拟了4皇后问题，并使用IBM Quantum Experience平台演示了其在卫星通信中的应用。
2018-07-30 quant-ph
Solving Linear Systems of Equations by Using the Concept of Grover's Search Algorithm: An IBM Quantum Experience
与经典算法相比，量子算法在求解线性方程组时具有显著的加速比。在这里，我们展示了一个方法，用于解决一个特定的方程组，通过使用著名的格罗弗的量子搜索算法的概念。该算法通过旋转Hilbert空间中的初始状态向量来得到目标解状态。它主要涉及到寻找特定的矩阵来求解方程组，并使用基本的量子门来构造相应的量子线路。我们明确地说明了整个过程中采取48个不同的方程组，并解决他们使用格罗弗算法的概念。我们提出了新的量子线路的方程组和设计的IBM量子模拟器。我们对一组方程运行了量子线路，得到了预期的结果，从而验证了算法的有效性。
2019-08-16 quant-ph
Modeling of Measurement-based Quantum Network Coding on IBM Q Experience Devices
量子网络编码被提出来提高资源利用率以支持分布式计算，但尚未付诸实践。我们研究了一个特定的实现量子网络编码使用测量为基础的量子计算IBM Q处理器。比较了利用线性团簇态进行纠缠交换和纠缠分发的量子网络编码的性能。这些协议优于量子网络编码的最终贝尔对的并行性，但不适合在复杂的网络中的竞争存在的最佳资源利用率。我们证明了适合的嘈杂的中间尺度量子（NISQ）设备，如IBM Q的量子网络的研究。我们还确定了限制量子网络编码在这些处理器上的性能的因素，并提供了将最终Bell对的正确性提高到可以用于生成真正随机的加密密钥以及其他有用任务的程度所需的估计或错误率。令人惊讶的是，所需的错误率仅比当前状态小2倍左右，我们预计它们将在不久的将来实现。
2019-11-11 quant-ph
Demonstration of Optimal Fixed-Point Quantum Search Algorithm in IBM Quantum Computer
量子算法是量子计算机的一组指令，然而，与经典计算机科学中的算法不同，它们的结果无法保证。量子搜索算法可以描述为状态向量在希尔伯特空间中的旋转。状态向量通过迭代序列均匀旋转，直到它们到达目标位置。为了优化算法，有必要对一些参数有精确的知识，如目标位置的数量和状态总数。在这里，我们演示了最优不动点量子搜索算法在IBM公司开发的IBMQ模拟器中的实现。我们对两个、三个、四个和五个量子比特系统进行了一次迭代的搜索算法，并通过直方图证实了我们结果的准确性。
2021-12-29 quant-ph
Performance and error modeling of Deutsch's algorithm in IBM Q
今天量子计算机的性能可以通过分析简单量子算法结果中的错误影响来研究。这些错误的建模和表征与纠正它们有关，例如，用量子纠错码。在这篇文章中，我们描述了五个量子比特的量子计算机ibmqx4（IBM Q）的错误，使用Deutsch算法和建模的误差广义振幅阻尼（GAD）和幺正错位操作。关键词：量子Deutsch算法，量子误差模型，IBM量子经验
2019-12-16 quant-ph
Fault-Tolerant Logical Gates in the IBM Quantum Experience
量子计算机将需要对量子信息进行编码，以保护它们免受噪声的影响。容错量子计算架构说明了如何做到这一点，但尚未显示出决定性的实际优势。在这里，我们证明了一个小的，但有用的错误检测代码提高了保真度的容错门在代码空间中实现的物理量子比特上实现的物理等效门的保真度相比。通过在[4，2，2]代码的逻辑代码空间中运行随机基准测试协议，我们观察到门的保真度有一个数量级的改善，两个量子比特的保真度从5.8（2）%下降到0.60（3）%。我们的结果是一致的容错理论，并最终证明的好处进行计算的代码空间，可以检测到错误。虽然容错门提供了一个令人印象深刻的改善保真度，计算作为一个整体是不低于容错阈值，因为噪声与此设备上的状态准备和测量。
2019-01-30 quant-ph
Automated Error Correction in IBM Quantum Computer and Explicit Generalization
自动纠错的实验实现演示通过IBM量子经验贝尔和GHZ状态使用测量为基础的方法上辅助量子比特。测量自动激活纠错幺正操作，以将系统恢复到其原始纠缠态。我们说明了最大纠缠量子的情况下，通过应用适当的Hadamard和受控非门的算法。
2017-08-07 quant-ph
Efficient quantum algorithm for solving travelling salesman problem: An IBM quantum experience
著名的旅行商问题（TSP）是在科学和工程的各个领域中经常遇到的一类重要的优化问题。研究优化问题促使开发更适合当代实际问题的先进技术。其中，特别是NP难问题提供了一个适当的平台，以证明量子技术在资源和时间方面优于经典技术。旅行商问题是组合优化中的一类NP难问题，用蛮力法求解该问题需要花费指数级的时间。在这里，我们提出了一个量子算法来解决旅行商问题使用相位估计技术。我们通过将城市之间的给定距离编码为相位来解决这个问题。我们构造酉算子，其本征向量是计算的基态和本征值是这些相位的各种组合。然后，我们应用相位估计算法的某些本征态，给我们所有的总距离可能的所有路线。在获得距离之后，我们可以使用量子搜索算法来搜索这些信息，以找到最小值，从而找到最小可能的距离以及所采取的路线。这为我们提供了一个二次加速超过经典的蛮力方法的大量城市。在本文中，我们说明了旅行商问题的一个例子，采取四个城市，并通过模拟的代码在IBM的量子模拟器的结果。
2018-05-28 quant-ph
Exact quantum search based on analytical multiphase matching for known number of target items and the experimental demonstration on IBM Q
在[Phys. Rev. Lett. 113，210501（2014）]，为了在目标项的未知分数（由$λ$表示）的情况下实现最优定点量子搜索，已经提出了分析多相匹配（AMPM）条件。本文发现，在已知$λ$的情况下，AMPM条件也可用于设计精确量子搜索算法，且最小迭代次数达到了现有精确算法的最优水平。在IBM的量子计算机上进行了实验验证。此外，我们还从理论上找到了基于AMPM条件的算法和基于单相匹配的算法中绝对值相等的两个相位重合。我们的工作证实了AMPM条件在已知$λ$情况下的实用性，并有助于理解该条件的机理.
2019-08-01 quant-ph
Experimental Demonstration of Non-Destructive Discrimination of Arbitrary Set of Orthogonal Quantum States Using 5-qubit IBM Quantum Computer on Cloud
V.S.提出了一种无损描述任意正交量子态的方案。Manu等人，使用基于量子相位估计的算法。IBM公司已经发布了一个基于超导的5-qubit（5-qubit transmon bowtie chip 3和IBM 5-qubit real processor）量子计算机，名为Quantum Experience，并将其放在云端。在本文中，我们利用这些真正的量子处理器（ibmqx 2和ibmqx 4）的在线可用性，并使用NMR量子处理器执行上述实验证明的协议。在这里，我们建立了任意单量子比特和双量子比特正交量子态的实验。实验证明，该方法能够以无损的方式对任意正交量子态进行高保真度的区分。我们比较了ibmqx 2和ibmqx 4处理器的实验结果。在这里，我们还展示了单量子比特实验的状态层析成像。
2018-03-16 quant-ph
Investigation of quantum pigeonhole effect in IBM quantum computer
量子鸽子洞原理指出，如果有三只鸽子和两个盒子，那么就有没有两只鸽子在同一个盒子里的情况，这似乎违背了经典的鸽子洞计数原理。在这里，我们研究了具有五个物理量子比特的ibmqx2超导芯片上的量子鸽子效应。我们也观察到同样的效果，在一个建议的非本地电路，避免任何直接的物理相互作用之间的量子位，这可能会导致一些未知的本地效应。在IBM量子体验平台上，利用标准的量子门操作和测量，构造出所需的量子线路。我们进行了实验和模拟，说明了没有两个量子比特（鸽子）处于相同的量子态（盒子）。利用IBM量子计算机得到的实验结果与理论预测符合得很好。
2019-04-27 quant-ph
Experimental Realization of Secure Multiparty Quantum Summation Using Five-Qubit IBM Quantum Computer on Cloud
Run-hau Shi等人提出了一种安全的多方量子求和方案，（科学报告，6：19655，DOI：10.1038/srep 19655）。IBM公司发布了一款基于超导的5量子比特量子计算机，名为“量子体验”，并将其放在“云”上。在本文中，我们利用这个真正的量子处理器（ibmqx 2）的在线可用性，并执行上述协议，这是以前从未实验证明过的。在这里，我们建立了一个量子比特秘密状态的安全量子求和实验。此外，我们提出了一个协议的平方和三次求和，并模拟所提出的协议的两种情况。使用现有的5-qubit量子处理器（ibmqx 2），无法实验实现两个或多个量子比特秘密状态的安全多方量子求和协议以及平方（和立方）求和协议。IBM最近在云上放置了一个16量子比特的量子处理器（ibmqx 3），但它仍然不能被所有用户访问。本文利用IBM公司提供的模拟器（Custom Topology）对两个和三个量子比特的秘密态进行了模拟，并提出了平方（和立方）求和的协议。
2017-11-26 quant-ph
Design and Simulation of an Autonomous Quantum Flying Robot Vehicle: An IBM Quantum Experience
Indian Institute of Science Education and Research, Berhampur（贝兰布尔印度科学教育与研究学院）；National Institute of Science Education and Research, HBNI（霍米·巴巴国家研究所国家科学教育与研究学院）；Bikash’s Quantum (OPC) Pvt. Ltd.（比卡什量子私人有限公司）
量子计算和信息在机器人技术中的应用最近引起了研究人员的注意。机器人领域一直致力于使机器人占用的空间最小化，并使机器人更聪明。“机器人的智能是它对周围环境和用户输入的敏感性，以及它对它们做出理想反应的能力。机器人中的量子现象使得机器人占用的空间更小，量子计算的能力使机器人能够有效地处理大量的信息，从而使机器人变得更聪明。Braitenberg车辆是一个简单的电路机器人，根据其传感器接收的输入移动。在此基础上，我们提出了一种量子机器人车辆，它“智能”到足以理解复杂的情况，而不是简单的Braitenberg车辆，并根据存在的障碍物进行导航。它可以检测无障碍路径，并相应地进行导航。当有多个可用的自由路径时，它还接受用户的输入。当在地面上没有选择时，它可以将自己空运离地面。由于这些飞行器会对周围的条件做出某种反应，因此这个想法可以用于建造人工生命和遗传算法，太空探索和深地探测探测器，以及国防和情报服务的方便工具。
2022-06-01 cs.RO quant-ph
Comprehensive characterization of three-qubit Grover search algorithm on IBM's 127-qubit superconducting quantum computers
Faculty of Science, Ain Shams University（艾因夏姆斯大学理学院）
本研究在IBM 127量子比特超导量子计算机上，针对多类oracle实现并表征三量子比特Grover搜索算法，结合量子态层析实验分析其在不同环境下的表现，揭示了NISQ计算机在大规模搜索中的潜力与该算法的实用价值。
2024-06-23 cs.AI cs.CR cs.DS
Efficient and Effective Quantum Compiling for Entanglement-based Machine Learning on IBM Q Devices
Department of Engineering and Architecture - University of Parma（帕尔马大学工程与建筑系）；Quantum Information Science - University of Parma（帕尔马大学量子信息科学系）；Department of Engineering and Architecture - University of Parma, Italy（意大利帕尔马大学工程与建筑系）；Quantum Information Science - University of Parma, Italy（意大利帕尔马大学量子信息科学系）
量子编译意味着量子算法的快速、设备感知实现（即，在计算的量子线路模型中的量子线路）。在本文中，我们提出了一种策略，编译IBM Q感知，低深度量子线路，产生格林伯格-霍恩-蔡林格（GHZ）纠缠态。由此产生的编译器可以取代QISKit编译器的特定目的，获得改进的GHZ电路。众所周知，GHZ态有几个实际应用，包括量子机器学习。我们说明了我们的经验，在实现和查询一个统一的量子例子预言机的基础上的GHZ电路，解决经典的学习奇偶噪声的困难问题。
2020-03-12 cs.DS cs.LG cs.SE
Cyberattacks on Quantum Networked Computation and Communications -- Hacking the Superdense Coding Protocol on IBM's Quantum Computers
量子通信和量子网络计算的自动化门规范的发展为恶意软件打开了道路，恶意软件旨在破坏自动化软件，改变自动化量子通信协议和算法。我们研究了对自动化量子通信协议的两种类型的攻击，并模拟了这些对超密集编码协议的攻击，通过IBM Q Experience远程访问IBM的量子计算机来模拟这些对低噪声量子通信网络的攻击。第一种类型的攻击导致最终测量的字符串的黑客控制的双射变换，第二种类型的攻击是修改自动门规范以有效地对最终测量进行加扰的酉加扰攻击，破坏量子通信并在测量时利用量子随机性，使得难以区分硬件故障或环境干扰的突然增加。噪声我们表明，由于量子纠缠和对称性，第二种类型的攻击是一种策略性地破坏量子通信网络和量子网络计算的方式，使得难以确定哪个节点受到攻击。主要研究结果在量子网络安全和量子网络计算的更广泛背景下进行了讨论，其中讨论了黑客攻击的方式，包括内部威胁的作用。
2021-05-15 cs.CR cs.CY cs.ET
Exact search algorithm to factorize large biprimes and a triprime on IBM quantum computer
使用量子计算机分解大整数是一个突出的研究问题，可以说明相对于经典计算机的真正量子优势。为了通过经典计算找到整数的素因子，需要指数时间顺序。然而，通过将因子分解问题转换为优化问题并使用量子计算机解决它，可以大大降低阶数。最近的工作涉及理论和实验方法使用肖尔算法，绝热量子计算和量子退火原理因式分解整数。然而，我们的工作利用刘提出的广义Grover算法，与经典算法/解析代数的最佳版本。我们利用上述算法的相位匹配特性仅用于幅度放大目的，以避免阻止算法完美实现的固有相位因子。在这里，我们使用IBM的5量子位和16量子位量子处理器实验性地演示了两个双素数4088459和966887的因式分解，从而使这些数字成为量子设备上因式分解的最大数字。使用上面的5量子位处理器，我们还实现了一个三素数175的因式分解，这是迄今为止还没有实现的。我们观察到很好的一致性与高结晶度的实验和理论结果。分析了因子分解实验的难度，并得出结论，这个问题的解决方案取决于所选择的简化水平，而不是因子分解的数量的大小。原则上，我们的结果可以推广到以最少的量子资源因式分解任何多素数。
2018-07-12 quant-ph
Implementation of efficient quantum search algorithms on NISQ computers
尽管Grover的非结构化搜索算法已经出现，但其在近期量子设备上的成功实现仍然有限。我们应用三种策略来减少与实现量子搜索算法相关的错误。我们改进的搜索算法已经在IBM量子处理器上实现。使用它们，我们展示了三个和四个量子比特的搜索算法，与以前的作品相比，具有更高的平均成功概率。我们首次在IBM量子处理器上成功执行了五量子位搜索。结果已经使用退化率进行了基准测试，退化率是实验成功概率和理论成功概率之间的比率。退化率的快速衰减支持我们的分而治之的策略。我们提出的策略也是有用的量子搜索算法在后NISQ时代的实现。
2021-07-12 quant-ph
Measurement-based interleaved randomised benchmarking using IBM processors
量子计算机有可能在一系列计算任务中超越经典计算机，例如素因子分解和非结构化搜索。然而，现实世界的量子计算机受到噪声的影响。量化噪声是至关重要的，因为它往往是阻碍高级量子计算成功实现的主要因素。在这里，我们提出并演示了一个用于基于测量的量子计算机的交错随机基准测试协议，该协议可用于估计任何基于单量子位测量的门的保真度。我们通过估计Hadamard和T门（一种通用的单量子比特门集）的保真度，在IBM超导量子处理器上测试了该协议。对多达31个量子比特的纠缠簇态进行了测量。我们估计的门的结晶度显示出良好的协议与量子过程层析计算。通过人为增加噪声，我们能够证明我们的协议在门的不同实现中检测到大的噪声变化。
2023-02-28 quant-ph
Cycle discrete-time quantum walks on a noisy quantum computer
本文使用 qiskit 在 IBM 量子设备上测试了环离散时间量子游走，并开发自定义噪声模型，估算出执行更大规模量子游走所需的噪声降低水平。
2023-12-07 quant-ph
Simulation of Lennard-Jones Potential on a Quantum Computer
由于时间复杂性，时间动力学物理问题的模拟一直是经典计算机面临的挑战。为了证明量子计算机在这一领域相对于经典计算机的优势，我们模拟了一个半经验模型，其中两个中性粒子在一维系统中通过Lennard-Jones势相互作用。我们在IBM量子体验平台上使用5量子位真实设备实现了上述场景。我们构造了哈密顿量，然后利用从哈密顿量得到的时间演化幺正矩阵将其有效地映射到量子门上的量子算符。我们验证了从QASM模拟器收集的结果，并将其与5量子位真实芯片ibmqx 2的结果进行比较。
2021-01-22 quant-ph
Qubit Mapping Based on Subgraph Isomorphism and Filtered Depth-Limited Search
将逻辑量子线路映射到有噪声的中间尺度量子（NISQ）器件是一个具有挑战性的问题，它引起了量子计算和经典计算界的迅速增长的兴趣。本文提出了一种有效的方法，通过（i）选择一个初始映射，考虑到给定的NISQ器件的架构图和输入逻辑电路引起的图之间的相似性;和（ii）搜索，在过滤和深度限制的方式，最有用的SWAP组合，使尽可能多的执行在逻辑电路中的两个量子位门。所提出的电路变换算法可以显著减少需要添加到逻辑电路的辅助双量子位门的数量，特别是当它具有大量的双量子位门时。对于131个电路的广泛基准集和IBM当前的高级Q系统，即，IBM Q Tokyo，我们的算法平均需要0.4346个额外的两个量子比特门，而三个最先进的算法的相应数字分别为0.6047，0.8154和1.0067。
2021-09-22 quant-ph
Application of a Quantum Search Algorithm to High- Energy Physics Data at the Large Hadron Collider
我们展示了一种新的方法，应用科学的量子算法-格罗弗算法（GA）-在13 TeV的碰撞能量使用欧洲核子研究中心的大型强子对撞机质子-质子碰撞中寻找罕见的事件。检索是ATLAS探测器中未分类数据库的检索，形式为ATLAS开放数据。正如希格斯玻色子衰变通道$H\rightarrow ZZ^*\rightarrow 4l$所指出的那样，在一个事件中探测到四个轻子可以用来重建希格斯玻色子，更重要的是，可以证明希格斯玻色子衰变为一些新的现象，如$H\rightarrow ZZ_d \rightarrow 4l$。在搜索数据集的碰撞导致检测到四个轻子，该研究表明了应用量子计算的有效性和潜力的高能粒子物理。使用一个字节笔记本，一个经典的模拟GA，和多个量子计算机，每个有几个量子位，它表明，该应用程序在未排序的数据集作出适当的选择。该方法在几个经典模拟器上的实现和在IBM的几台量子计算机上使用IBM Qiskit开源软件展示了量子计算在高能物理中的广阔前景。
2020-10-01 quant-ph
A quantum teleportation experiment for undergraduate students
近年来，随着量子信息的快速发展，致力于将这一研究课题引入本科生变得越来越重要。然而，就像在物理学的各个领域中，理论学习与实验说明密切相关一样，这样的教学方法对于量子信息的组织可能是昂贵的。我们提出了一种方法来规避这些困难，通过使用IBM最近推出的5-qubit量子处理器，为了说明量子信息任务，通过IBM Quantum Experience的Web接口在超导芯片上实际实现它们。我们专注于实现一个量子隐形传态协议在这个设备上，分析的结果，并讨论遇到的问题，提供了一个完整的分析这个软件作为教学工具。
2016-07-13 quant-ph
Hardware-Aware Quantum Support Vector Machines
Lahore University of Management Sciences（拉合尔管理科学大学）
本文提出一种面向硬件的神经架构搜索方法，设计出可在IBM量子处理器上原生执行的量子特征映射，实现高性能且兼容硬件的量子支持向量机。
2026-04-09 quant-ph
Circuit Implementation and Analysis of a Quantum-Walk Based Search Complement Algorithm
本文提出SKW搜索算法的修改版，通过改变演化算子实现目标态概率降低的“搜索补集”行为，并在IBM量子处理器上实验验证，统计距离小于等于0.0895。
2024-05-28 quant-ph
Enhanced Algorithmic Perfect State Transfer on IBM Quantum Computers
针对IBM量子计算机上自旋链完美态传输因噪声成功率低的问题，通过模拟提出综合噪声模型，采用缩放技术和优化耦合提升成功率，为抗噪声量子通信协议开发提供参考。
2025-08-26 quant-ph
Driven tabu search: a quantum inherent optimisation
量子计算机不同于基于晶体管的二进制数字电子计算机。普通数字计算将数据编码成二进制数字（比特），每个数字总是处于两个确定状态（0或1）之一，量子计算使用量子比特（量子比特）。基于电路的量子比特量子计算机已经存在，并可通过IBM量子体验项目云进行实验。我们实现了量子禁忌搜索，以获得量子组合优化，这表明纠缠元启发式可以显示最优解，并通过使用纠缠态加速优化过程。我们表明，通过建立最佳的耦合映射，我们的结果的分布给出了类似的形状所示的先前的结果在现有的传送电路。我们的研究旨在找到哪种耦合图更好地匹配量子电路。
2018-08-25 cs.ET quant-ph
Application of Quantum Machine Learning using the Quantum Variational Classifier Method to High Energy Physics Analysis at the LHC on IBM Quantum Computer Simulator and Hardware with 10 qubits
LHC实验计划的主要目标之一是发现新物理。这需要在巨大的背景中识别罕见的信号。使用机器学习算法大大增强了我们实现这一目标的能力。随着量子技术的发展，量子机器学习有望成为高能物理数据分析的有力工具。在这项研究中，使用IBM门模型量子计算系统，我们采用量子变分分类方法在最近的两个大型强子对撞机旗舰物理分析：$t\bar{t}H$（希格斯玻色子生产与顶夸克对）和$H\rightarrowμ^{+}μ^{-}$（希格斯玻色子衰变到两个μ子，探测希格斯玻色子耦合到第二代费米子）。我们已经在IBM量子模拟器和IBM量子硬件上获得了10个量子比特的早期结果。在量子模拟器上使用100个事件的小训练样本，量子变分分类器方法的性能类似于LHC物理分析中经常使用的经典算法，如SVM（支持向量机）和BDT（提升决策树）。在量子硬件上，量子变分分类器方法已经显示出与量子模拟器相当的有前途的鉴别能力。这项研究表明，量子机器学习有能力区分现实物理数据集中的信号和背景。我们预计量子机器学习将在未来的高亮度LHC物理分析中使用，包括测量希格斯玻色子的自耦合和寻找暗物质。
2021-08-21 hep-ex quant-ph
Comparison between the Iterative Local Search and Exhaustive Search methods applied to QAOA in Max-Cut and Ising Spin Model problems
对穷举搜索（ES）和迭代局部搜索（ILS）进行了比较。使用量子近似优化算法（QAOA）进行这种比较。QAOA由于其在实际量子硬件中实现的潜力以及其在优化问题和量子机器学习中的前景而受到广泛研究。ES和ILS方法进行了模拟，以确定这些技术的优点和缺点QAOA在本地（经典计算机）和真实的模拟（IBM量子计算机）。这些经典的方法在QAOA中被用来近似Max-Cut和Ising Spin Model（ISM）问题的最优期望值，这两种风格都有三种模拟配置，称为：线性，循环和完全（或完全）。
2022-05-06 quant-ph
Quantum Architecture Search with Unsupervised Representation Learning
Ludwig-Maximilians-University Munich（慕尼黑路易斯-马克西米利安大学）
本研究提出一种无监督表示学习的量子架构搜索方法，通过解耦表示学习与搜索过程，提高搜索效率并减少对大规模标记数据的依赖。
2026-01-25 cs.LG quant-ph
Benchmarking the Lights Out Problem on Real Quantum Hardware
Center for Quantum Computer Science, University of Latvia（拉脱维亚大学量子计算机科学中心）；Riga Purvciems Secondary School（里加普尔维采姆斯中学）
研究在真实量子硬件上实现灯灭问题并评估Grover搜索性能，发现IBM硬件改进和IQM设备校准质量对结果影响显著。
2026-02-17 quant-ph
Grover's Quantum Search Algorithm of Causal Multiloop Feynman Integrals
一个量子算法的概念验证应用程序的多回路费曼积分的循环树对偶（LTD）框架适用于一个代表性的四回路拓扑结构。LTD形式主义中的自举因果关系是一个适合用量子计算机解决的问题，因为它可以直接将传播子的两个壳层上状态编码到量子比特的两个状态上。Grover的量子搜索算法的修改，开发和量子算法成功地实现了IBM量子和QUTE模拟器。
2022-11-25 hep-ph hep-th quant-ph
Benchmarking 16-element quantum search algorithms on superconducting quantum processors
我们提出了在IBM量子处理器上运行4量子位非结构化搜索的实验结果。我们最好的尝试达到了24.5%左右的成功概率。我们尝试了几种算法，并使用量子搜索的最新发展来减少纠缠门的数量，这些纠缠门目前被认为是量子计算中错误的主要来源。将算法性能的理论预期与实际数据进行比较，我们探索了硬件限制，显示了量子处理器上性能的急剧，相变式退化。我们的结论是，这是非常重要的设计硬件感知算法，并包括任何其他低层次的优化NISQ设备。
2021-01-19 cs.DS quant-ph
Formulating Subgroup Discovery as a Quantum Optimization Problem for Network Security
MU Quantum Innovation Center（MU量子创新中心）
本文提出利用量子优化方法解决网络入侵检测中的子群发现问题，通过将特征选择建模为QUBO并使用QAOA算法，在IBM量子硬件上实现子群识别，提升检测精度并克服传统方法的局限。
2026-04-29 cs.CR quant-ph
A Four-Party Quantum Secret-Sharing Scheme based on Grover's Search Algorithm
提出了一种量子搜索算法（QSA）和量子秘密共享（QSS）的混合算法。所提出的QSS方案利用Grover的三粒子量子态。在该方案中，分发者通过将经典信息编码为标记状态来准备编码状态，并在三个参与者之间共享状态的量子比特。参与者组合他们的量子位并找到标记状态作为三量子位状态的测量结果。安全性分析表明，该方案对恶意参与者和窃听者具有较强的安全性。与现有的方案相比，我们的协议公平性很好，具有较高的编码容量。在IBM-QE云平台上进行了仿真分析，验证了该方案的实际可行性。
2021-11-17 quant-ph
Quantum search on noisy intermediate-scale quantum devices
量子搜索算法（也称为Grover算法）为许多其他量子算法奠定了基础。虽然它非常简单，但它的实现仅限于有噪声的中间尺度量子（NISQ）处理器。Grover的算法在设计时没有考虑实际实现中的物理资源，例如深度。因此，Grover的算法可以针对NISQ器件进行改进。在本文中，我们演示了如何在NISQ设备上更好地实现量子搜索算法。我们提出了五量子比特量子搜索算法在不同量子处理器上的详细基准测试，包括IBMQ，IonQ和Honeywell量子设备。我们报告的最高成功概率的五量子位搜索算法相比，以前的作品。我们的研究结果表明，设计错误感知的量子搜索算法是可能的，它可以最大限度地利用NISQ计算机的能力。
2022-09-27 quant-ph
Finding solutions to the integer case constraint satisfiability problem using Grover's algorithm
本文利用 Grover 算法在量子计算机上求解整数约束可满足性问题，通过 Qiskit 构建预言机电路并在模拟器与 NISQ 处理器上验证，确定了成功执行的噪声阈值。
2022-01-15 quant-ph
Batched pattern search for QAOA parameter optimization on cloud-accessed quantum hardware
Lahore University of Management Sciences (LUMS)（拉合尔管理科学大学）
本研究针对云量子处理器上QAOA参数优化，提出批量模式搜索方法，与COBYLA相比，在相同作业和射击次数下更快达到同等参数质量，并在投资组合选择实验中验证其有效性。
2026-09-15 quant-ph
Performing Quantum Computing Experiments in the Cloud
量子计算技术在过去五年中实现了第二次复兴。私营和公共部门的兴趣增加，加上非凡的理论和实验进展，使这项技术成为21世纪的重大进步。正如许多人所预期的那样，量子计算技术的第一次实现将发生在云上，用户通过经典的互联网登录到专用硬件上。最近，IBM发布了{ \em Quantum Experience}，允许用户访问五量子位量子处理器。在本文中，我们利用这种在线可用的实际量子硬件，并提出了四个量子信息实验，从来没有被证明过。我们利用IBM芯片实现量子纠错、量子算术、量子图论和容错量子计算中的协议，通过云远程访问设备。虽然结果会受到明显的噪声影响，但芯片会返回正确的结果。这证明了实验小组向更广泛的受众开放他们的技术的力量，并有望为量子信息技术的下一阶段发展创造条件。
2016-09-01 quant-ph
One-step quantum search algorithms based on smooth operators
利用无限可微的平滑算子构造两种一步量子搜索算法，结合置换算子和单位根构建量子电路，在模拟器和IBM量子硬件上验证，并证明其比Grover算法对噪声更鲁棒。
2023-05-13 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
An Improved Implementation Approach for Quantum Phase Estimation on Quantum Computers
量子相位估计是量子计算的核心算法之一。它已经被广泛地研究和应用在各种量子应用中，如Shor的因子分解算法，量子采样算法和酉矩阵的特征值的计算。QPE算法已与Kitaev算法和量子傅里叶逆变换（IQFT）相结合，它们被用作这种量子算法的基本组成部分。在本文中，我们探索了使用IBM Q Experience（例如，IBMQX 4，5量子位量子计算硬件平台）。我们的实验结果表明，使用这些QPE算法找到相位的准确性受到严重的约束NISQ计算机的物理特性，如相干时间和错误率。为了减轻这些物理限制，我们建议通过减少受控旋转门和相移操作的数量来实现修改后的解决方案，从而提高近期量子计算机中发现相位的准确性。
2019-10-23 quant-ph
