From Quantum Metalanguage to the Logic of Qubits
本论文的主要目的是寻找一种能够描述量子信息及其性质的逻辑演绎演算(我们将采用Gentzen,1935年提出的量子演算)。更确切地说,我们打算用逻辑术语描述量子比特(量子信息的单位)的形成,它是两个经典比特0和1的特定线性叠加。为此,我们必须在一个量子比特Lq的逻辑中引入新的连接“量子叠加”,因为经典的合取不能描述这个量子链接。
2010-03-31 quant-ph
Quantum Computation with Diatomic Bits in Optical Lattices
我们提出了一个可扩展的和通用的量子计算方案,使用条件偶极-偶极相互作用的双原子位,被困在一个光晶格。量子比特态是由两个超冷原子的散射态和束缚异质分子态编码的。当相邻比特都占据分子态时,它们之间出现条件偶极-偶极相互作用。提出了一种由单比特操作和两比特受控非门组成的通用量子逻辑门的实现方法。并对读出方法进行了讨论。
2005-11-04 physics.atom-ph quant-ph
Optical Simulation of Quantum Logic
提出了一种利用线性光学器件模拟小尺度量子线路的系统方法。它依赖于用单个光子表示几个量子比特,以及使用简单的光学元件(分束器、移相器等)实现通用量子门。这表明,考虑到量子光学的现有技术,小量子网络的光学实现是合理的,并且可能是测试简单量子算法或纠错方案的有用技术。最后给出了实现量子隐形传态的光路。
1997-06-12 quant-ph
Quantum--Classical Interface Based on Single Flux Quantum Digital Logic
我们描述了一种基于单通量量子(SFQ)数字逻辑家族的近端协处理器对大规模超导多量子位电路进行集成控制和测量的方法。相干控制是通过用最优控制理论导出的经典比特流直接照射量子比特来实现的。量子位测量是由约瑟夫森光子计数器进行的,它提供了在毫开尔文阶段的投影量子测量的经典结果。我们分析了SFQ协处理器的功耗预算和物理占用空间,并讨论了与这种方法相关的挑战和机遇。
2017-10-12 quant-ph
Estimating the cost of generic quantum pre-image attacks on SHA-2 and SHA-3
我们调查的成本Grover的量子搜索算法时,使用的背景下,前图像攻击的SHA-2和SHA-3家庭的哈希函数。我们的成本模型假设攻击运行在基于表面代码的容错量子计算机上。我们的估计依赖于时间-面积度量,其成本为逻辑量子位数乘以以表面代码周期为单位的电路深度。作为一个表面代码周期涉及一个重要的经典处理阶段,我们的成本估计允许粗糙,但直接,比较经典和量子算法。我们展示了一个电路的前图像攻击SHA-256,大约是$2^{153.8}$表面代码周期深,需要大约$2^{12.6}$逻辑量子位。这产生了$2^{166.4}$逻辑量子位周期的总成本。同样,我们展示了一个SHA 3 -256电路,其深度大约为$2^{146.5}$表面代码周期,并且需要大约$2^{20}$逻辑量子位,总成本再次为$2^{166.5}$逻辑量子位周期。这两种攻击都需要量子黑盒模型中的$2^{128}$查询的数量级,因此我们的研究结果表明,执行这些攻击可能是$275$十亿倍,比人们从简单的查询分析中预期的要昂贵。
2016-11-30 quant-ph
Universal quantum control of two-electron spin quantum bits using dynamic nuclear polarization
量子计算的一个基本要求是以比量子比特的退相干速率快得多的速率执行量子比特的通用操作。最近,快速门操作已经在由两个电子自旋组成的逻辑自旋量子比特中得到了证明,其中两个电子的快速交换允许围绕量子比特的一个轴的电可控旋转。然而,量子比特的通用控制需要围绕至少两个轴的任意旋转。在这里,我们表明,通过使每个电子自旋不同幅度的磁场,我们实现了纳秒操作时间的双电子逻辑自旋量子比特的全量子控制。使用单个装置,产生几百毫特斯拉的磁场梯度,并使用下面的Ga和As核的动态核极化来维持。然后,使用量子态层析成像证明了双电子量子比特的通用控制。所提出的技术提供了一个基础和潜在的多个量子位操作的门时间,接近量子纠错所需的阈值。
2010-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Construction of Boolean Logic Gates Using QFT-Based Adder Architecture
本研究利用基于量子傅里叶变换的加法器电路,通过预处理和后处理构造了五种布尔逻辑门的量子可逆对应物,在输入增加时减少了量子比特数。
2025-04-23 quant-ph
Design of Efficient Reversible Logic Based Binary and BCD Adder Circuits
在这项工作中,我们提出了一类新的可逆二进制和BCD加法器电路的设计。所提出的设计主要针对辅助输入的数量和垃圾输出的数量进行优化,并且针对量子成本和延迟的可能的最佳值进行设计。首先,我们提出了两种新的可逆纹波进位加法器的设计:(i)一个没有输入进位$c_0$和没有辅助输入位,和(ii)一个输入进位$c_0$和没有辅助输入位。与文献中现有的对应物相比,所提出的没有辅助输入位的可逆纹波进位加法器设计具有更少的量子成本和逻辑深度(延迟)。在这些设计中,量子成本和延迟通过基于可逆Peres门和TR门导出设计来减少。接下来,基于以下两种方法提出了可逆BCD加法器的四种新设计:(i)在二进制模式下执行加法,并在需要时通过检测和校正应用校正以转换为BCD,以及(ii)在二进制模式下执行加法,并始终使用二进制到BCD转换器转换结果。所提出的可逆二进制和BCD加法器可以应用于各种数字信号处理应用,并构成可逆计算的重要设计组件。
2017-12-05 cs.ET quant-ph
Universality in Quantum Computation
我们表明,在量子计算中,几乎每一个在两个或更多位上操作的门都是通用门。我们讨论了各种物理考虑轴承的计算组件,如逻辑门的普遍性的正确定义。
1995-05-24 quant-ph
Classical Half-Adder using Trapped-ion Quantum Bits: Towards Energy-efficient Computation
本文在囚禁$^{171}$Yb$^+$离子量子比特上实验实现Toffoli门与经典半加器,并结合理论与实验分析控制能量,为节能可逆计算提供路径。
2024-04-04 quant-ph
Predicting human-generated bitstreams using classical and quantum models
Microsoft Quantum(微软量子);Microsoft Research(微软研究院);University of California, Santa Barbara(加州大学圣巴巴拉分校)
一个学派认为,人类的决策表现出量子逻辑。虽然目前还不知道大脑是否真的是由量子机制驱动的,但一些研究人员认为,决策逻辑在现象学上是非经典的。本文开发并实施了一个实证框架来探索这一观点。我们使用低宽度、低深度、参数化的量子线路来模拟二进制决策。在这里,纠缠作为一个简单的比特预测游戏的背景下,模式分析的资源。我们评估了一种混合量子辅助机器学习策略,其中量子处理用于检测比特流中的相关性,而参数更新和类推断则通过经典的测量结果后处理来执行。仿真结果表明,一个家庭的两个量子比特变分电路是足够的,以实现相同的比特预测精度的最佳传统的经典解决方案,如神经网络或逻辑自回归。因此,在这个简单的情况下,建立一个可证明的“量子优势“短,我们给出的证据表明,人类生成的比特流的经典可预测性分析可以实现小量子模型。
2020-04-09 cs.IT cs.LG math.IT
Fully passive entanglement based quantum key distribution scheme
在基于纠缠的量子密钥分发(QKD)系统中,通常可以利用无源光器件实现纠缠光子对的产生和测量基的随机选择。然而,辅助随机数对于进行隐私放大过程仍然是强制性的。本文提出了一种基于量子纠缠的全被动量子密钥分配方案,该方案从测量基失配的纠缠光子对的探测事件中提取用于隐私放大的认证随机比特。这些随机比特的隐私性可以通过估计筛选密钥中的相位误差率来证明。从测量基失配光子中提取认证随机数的思想可以扩展到所有实际的QKD方案。
2021-11-05 quant-ph
Quantum gates using two-electron states of triple quantum dot
提出了利用三个不同大小的耦合点中的电子自旋进行量子计算的方法。利用光子辅助隧穿和电子自旋旋转的能量选择性,通过静态和旋转磁场和共振光脉冲实现逻辑门。还讨论了利用能量选择性增加量子比特数的可能性。
1999-10-27 quant-ph
Efficient characterization of qudit logical gates with gate set tomography using an error-free Virtual-Z-gate model
针对传统门集层析成像(GST)数据收集和计算成本高的问题,提出一种高效qudit GST方法,利用qudit Hadamard门与无误差虚拟Z门构建基准态以降低计算成本,并在超导transmon qutrit上验证了适用性。
2024-07-11 quant-ph
A reconfigurable spintronic device for quantum and classical logic
物理态的量子叠加和纠缠可以用来解决一些在经典计算机上实现二进制逻辑时难以解决的问题。已经提出了几种算法来利用物理状态的量子性质并解决重要问题。例如,肖尔的量子算法在密码学领域非常重要,因为它比任何已知的经典算法都快指数地分解大数。另一个著名的例子是Grovers量子算法。这些算法只能在操作量子比特(qubit)的量子计算机上实现。量子处理器的基本实现已经通过线性光学元件、离子阱、NMR等实现。然而,固态量子处理器的演示一直是难以捉摸的,直到DiCarlo等人在超导量子处理器中演示了两个量子比特算法。虽然这是一个重要的步骤,但基于可扩展半导体的室温量子计算还有待发现。这种技术可以从半导体行业的丰富经验中受益。因此,在这里,我们提出了一种可重构的半导体量子逻辑器件(SCRENLD),其操作在设备中的电子的位置和自旋自由度。基于最近的一些实验,我们认为,SNOLD在实验上是可行的。此外,使用一个众所周知的量子模拟方法,我们表明,量子算法(如Deutsch Jozsa,Grover搜索),以及通用的经典逻辑操作(如NAND门)可以实现在SNOLD。因此,我们认为,超导LD是一个强有力的候选人,为未来的量子逻辑处理器,因为它也满足Dijuenzo标准的量子逻辑应用以及经典逻辑应用的五个基本特征。
2010-12-09 quant-ph
Experimental demonstration of a non-destructive controlled-NOT quantum gate for two independent photon-qubits
用于两个量子比特(qubit)的通用逻辑门形成了量子信息处理的基本成分。然而,作为量子比特的最佳候选者之一的光子缺乏量子逻辑运算所需的强非线性耦合。在这里,我们将展示如何克服这一缺点,通过报告一个非破坏性的受控非(CNOT)门的原理验证实验演示两个独立的光子,仅使用线性光学元件结合单光子源和条件动力学。此外,我们还利用CNOT门在一个量子隐形传态实验中实现了对所有四种Bell态的区分。
2005-02-02 quant-ph
Quantum types: going beyond qubits and quantum gates
针对量子编程门槛高、普通开发者难设计新量子算法的问题,本文提出在开发者友好的Rhyme语言中引入扩展自经典类型的高层量子类型抽象,并附代码示例说明用法,降低量子编程的上手难度。
2024-08-09 quant-ph
Information-theoretic interpretation of quantum error-correcting codes
从信息论的角度分析了量子纠错码的量子条件熵和互熵。这种方法类似于香农理论中经典纠错的描述,同时澄清了经典码和量子码之间的差异。更具体地说,它示出了如何量子信息理论占的事实,即“冗余”信息可以分布在量子比特,即使这并不违反量子“无克隆”定理。这一显著的特征与纯态三元系统的三元互熵为零的性质有关,而经典码则没有类似的特征。这种量子编码的信息论描述被用来推导出一个固定长度的编码所能保留的逻辑比特数的单例界的量子模拟,该编码可以恢复给定数量的错误。
1997-06-22 quant-ph
Harmonic flow field representations of quantum bits and gates
我们描述了一个通用的程序,用于映射任意的$n$ -量子比特状态的二维(2D)矢量场。映射使用单个量子位的复杂有理函数表示,产生经典的矢量场配置,可以用2D无粘流体流或电场来解释。基本量子位被识别为具有2D谐波向量场中的局部缺陷,并且多量子位状态通过向量场乘积的复杂叠加找到自然场表示。特别是,可分离态表现为高度对称的流结构,使它们在动态和视觉上都不同于纠缠态。由此产生的纠缠量子比特态的实空间表示使其在量子逻辑运算下的变换能够直观地可视化。我们证明了这一点的量子傅里叶变换和周期发现过程的基础肖尔的算法,以及其他量子算法。由于其通用的结构,映射过程表明,扩展的概念,如纠缠或纠缠熵经典连续系统的可能性,从而可能有助于指导新的实验方法,信息存储和非标准计算。
2022-01-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn quant-ph
Quantized Mereology
State University of New York at Buffalo(纽约州立大学布法罗分校)
本文将量子信息论与经典分体论结合,研究从经典RCC5形式主义衍生的量化分体论,论证该方法可推广到更复杂的定性推理形式主义,且量子比特更适合封装模糊现象信息。
2026-10-20 physics.soc-ph quant-ph
Devitalizing noise-driven instability of entangling logic in silicon devices with bias controls
硅中的量子比特(qubit)的质量非常容易受到电荷噪声的影响,电荷噪声在半导体器件中无处不在,并且原则上难以抑制。对于一个实际尺寸的量子点系统的基础上的硅锗异质结构,其限制是操纵与施加在顶部电极上的电偏压,我们计算探讨的噪声鲁棒性的2量子比特纠缠操作的重点是控制X(CNOT)逻辑,这是必不可少的门为基础的通用量子逻辑电路的设计。与器件模拟的基础上增强与电子结构计算的物理体半导体,我们不仅量化的退化的保真度的单步CNOT操作相对于电荷噪声的强度,但也讨论了一种策略的设备工程,可以显着提高噪声鲁棒性的CNOT操作,几乎没有牺牲的速度相比,单步的情况下。这项工作提出的设备设计和控制的细节可以为使用电极驱动的量子点平台保护硅基量子处理器的潜在努力建立一个罕见但实用的指南。
2022-03-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Virtual Parallel Computing and a Search Algorithm using Matrix Product States
我们提出了一种形式的并行计算的经典计算机是基于矩阵产品的状态。虚拟并行化是通过用矩阵表示比特并通过从编码多个输入的初始产品状态演化这些矩阵来实现的。矩阵演化是由门的顺序应用引起的,就像在逻辑电路中一样。经典的概率性一位和确定性两位门(如NAND)的动作是根据矩阵运算来实现的,与量子计算相反,它可以复制位。我们提出了一种方法来探索这种计算方法来解决搜索问题,并计算解决方案的数量。我们认为,如果经典的计算成本的测试解决方案(证人)需要小于$O(n^2)$本地2位门作用于$n$位,搜索问题可以完全解决在次指数时间。因此,对于这种受限类型的搜索问题,虚拟并行化方案比Grover的量子算法更快
2012-07-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Estimating Patterns of Classical and Quantum Skyrmion States
本文综述了利用机器学习算法表征磁性斯格明子的最新进展,指出经典自旋系统可通过少量磁化快照实现准确的相分类与定量描述,并探讨了在近期量子计算机上模拟量子斯格明子态的方法。
2023-04-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
Adiabatic quantum computation with Cooper pairs
我们提出了一个新的变体的受控非量子逻辑门的基础上绝热的q位的水平交叉动力学。该门在小约瑟夫森隧道结阵列中的库珀对传输方面具有自然的实现。绝热方法的一个重要优点是,栅极动态对不可避免的结参数扩散不敏感。
1997-06-13 cond-mat quant-ph
New Design of Reversible Full Adder/Subtractor using $R$ gate
量子计算机需要量子处理器。任何计算机的处理器的重要部分是算术单元,其执行二进制加法、减法、除法和乘法,然而乘法可以使用重复加法来执行,而除法可以使用重复减法来执行。在本文中,我们提出了两个设计使用可逆的$R^3$门来执行量子半加器/二进制数和量子全加器/二进制数。所提出的半加器/加法器设计可用于执行不同的逻辑运算,例如$AND$、$XOR$、$NAND$、$XNOR$、$NOT$和基的复制。在所使用的门数、常数位数、垃圾位数、量子代价和延迟等方面,将所提出的设计与以前的设计进行了比较。所提出的设计实现和测试使用GAP软件。
2017-08-01 cs.ET quant-ph
Self-correcting High-speed Opto-electronic Probabilistic Computer
本文提出一种自校正高速光电概率计算机架构,结合SDI量子光子p-bit与FPGA电子控制,实现64000个逻辑p-bit,在速度和能效上较MTJ系统提升近三个数量级,并具备实时自认证与纠错能力。
2025-11-06 cs.ET quant-ph
Estimating Detector Error Models on Google's Willow
Laboratory for Physical Sciences(物理科学实验室)
该研究通过估计谷歌Willow量子芯片的探测器误差模型,揭示了长程探测器相关性及非DEM可建模的异常特征。
2026-03-11 physics.data-an quant-ph
A new technique for ultra-fast physical random number generation using optical chaos
在本文中,我们数值演示了一个新的提取方案产生超快的物理随机比特序列。为此,我们利用了一个双通道的光学混沌源,其两个通道的强度和相位的时间延迟(TD)签名的抑制。所提出的技术使用M个1位模数转换器(ADC)来比较混沌强度信号在时间t处的电平与其在不可忽略的延迟间隔Tm之后的电平,其中m = {1,2,.,M}。然后,每个1位ADC的二进制输出由一个正边沿触发的D触发器采样。施加到触发器的时钟序列被相对延迟,使得触发m个触发器的时钟的上升沿先于随后的m+1个触发器的时钟的上升沿固定的周期。所有触发器的输出然后通过奇偶校验逻辑组合。数值模拟进行使用的TD签名被抑制的设置参数的选定值的参数值。将NIST的特别出版物800-22中的15个统计测试应用于生成的随机位,以便检查这些位对于不同M值的随机性质量。结果表明,在采样率高达34.5GHz时,从M = 1到M = 39的所有测试都通过了,这表明在不采用任何预处理技术的情况下,使用单个VCSEL混沌源产生的随机比特的最大速率为2.691Tb/sec。
2016-03-07 physics.optics quant-ph
An Algorithm for Reversible Logic Circuit Synthesis Based on Tensor Decomposition
The Affiliated Institue of ETRI(ETRI附属研究所)
本文提出基于张量分解的可逆逻辑电路综合算法,通过将n位置换映射转化为张量并迭代缩减规模,减少$C^2\\!X$门使用,实现可逆逻辑电路的高效综合。
2026-07-31 cs.ET cs.LO quant-ph
Improved stochastic trace estimation using mutually unbiased bases
University of Oxford(牛津大学);Singapore University of Technology and Design(新加坡科技设计大学);National University of Singapore(新加坡国立大学)
利用互不偏置基底选择探测向量,改进迹估计的单次采样方差,仅需O(log n)随机位,优于传统方法。
2016-07-30 cs.DS cs.NA math.NA
Visualizing Quantum Circuit Probability -- estimating computational action for quantum program synthesis
本研究将算法概率应用于布尔与量子组合逻辑电路,定义了计算电路模型中的状态概率,并在时空受限设定下枚举和可视化经典与量子门集的可达性与可表达性,探讨其在几何量子机器学习、量子算法合成及量子AGI中的潜在应用。
2023-04-05 cs.CC cs.IT math.IT