Quartz: Superoptimization of Quantum Circuits (Extended Version)
现有的量子编译器通过应用专家设计的电路变换来优化量子电路。这种方法需要大量的手动工作来为不同的量子设备设计和实现电路转换，这些量子设备使用不同的门集，并且可能错过难以手动找到的优化。我们提出了Quartz，一个量子电路超优化器，可以自动生成和验证任意量子门集的电路变换。对于给定的门集，Quartz通过系统地探索小电路来生成候选电路变换，并使用自动定理证明器验证发现的变换。为了优化量子电路，Quartz使用基于成本的回溯搜索，将验证的转换应用于电路。我们对三种流行的门集的评估表明，Quartz可以有效地生成和验证不同门集的转换。生成的转换包括现有优化器使用的手动设计的转换，也包括新的转换。因此，Quartz能够针对不同的门设置优化各种电路，性能优于或匹配手动调谐电路优化器的性能。
2022-05-02 cs.PL quant-ph
Supervised Learning Enhanced Quantum Circuit Transformation
当在实量子处理单元（QPU）中执行量子程序时，需要量子线路变换（QCT）。通过插入辅助SWAP门，QCT算法将量子线路转换为满足QPU施加的连通性约束的电路。由于QPU的门误差和有限的量子比特相干时间，QCT算法，最小化门的数量或电路深度或最大化输出电路的保真度是迫切需要的。不幸的是，寻找优化的变换通常涉及穷举搜索，这非常耗时，并且对大多数电路来说不实用。在本文中，我们提出了一个框架，使用一个政策人工神经网络（ANN）训练的监督学习浅电路，以帮助现有的QCT算法选择最有前途的SWAP门。人工神经网络可以以分布式的方式离线训练。训练后的神经网络可以很容易地结合到QCT算法中，而不会带来太多的时间复杂度开销。训练的ANN到目标QCT算法中的示例性嵌入表明，可以在具有各种连接结构和随机或现实量子线路的QPU上一致地改进变换性能。
2022-01-27 quant-ph
Quantum Circuits for Scale Transformations
本文发展了量子线路，用于精确模拟量子XY/Ising链的热性质。这些电路适用于最简单的可积晶格模型，其精确的动量空间散射矩阵可以根据局部两体门构造。我们讨论了威尔逊重整化群流的电路模拟，并展示了它如何可以用来模拟一个全球粗粒化变换。然后，我们构建了一个电路，这些模型的基态转换成热场双态，并展示了它如何可以用来实现局部尺度变换。
2019-03-18 hep-th quant-ph
Transformation of quantum photonic circuit models by term rewriting
复杂光子电路的合成和验证的实用方法的发展对量子工程的新生领域提出了巨大的挑战。当然，经典的电气工程提供了必要的基础，并用于说明自动化电路设计可以达到的复杂程度。在本文中，我们探讨了实用的长期重写方法的量子线路模型的转换，特别是应用重写规则的减少/验证和鲁棒性分析的光子电路的自主量子纠错。我们概述了量子光子电路分析的工作流程，该工作流程利用Modelica框架进行多域物理建模，该框架与先前描述的基于VHSIC硬件描述语言（VHDL）的方法并行。
2012-06-06 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
Linear Depth Stabilizer and Quantum Fourier Transformation Circuits with no Auxiliary Qubits in Finite Neighbor Quantum Architectures
在本文中，我们研究了量子体系结构如何影响量子傅里叶变换（QFT）和线性变换的执行效率，这是稳定器/Clifford群电路的重要组成部分。特别是，我们表明，在最常见和现实的物理架构，包括线性最近邻，二维晶格，和有界度图（包含一个链的长度为n），n-qubit QFT和n-qubit稳定器电路可以并行化到线性深度使用没有辅助量子位。我们构造了下界来显示我们方法的效率。
2007-11-15 quant-ph
Quantum Circuit Transformations with a Multi-Level Intermediate Representation Compiler
量子计算承诺处理信息的显着方法，但需要新的工具来将程序表示编译为量子计算机所需的物理指令。在这里，我们提出了一种新的适应的多级中间表示（MLIR）集成到一个量子编译器，可用于检查程序执行。我们首先介绍了MLIR如何使量子线路转换在量子计算设备上高效执行，然后给出了一个基于所谓的镜像电路的编译器转换的例子。我们证明，在编译过程中插入的镜像电路可以通过评估几个超导和离子阱硬件平台上的量子线路精度来测试硬件性能。我们的研究结果验证MLIR作为一种高效和有效的方法，收集硬件相关的诊断，通过自动化的量子线路的转换。
2021-12-20 cs.PL quant-ph
Quantum Circuit Transformation Based on Tabu Search
针对量子电路变换问题，提出基于子图同构与禁忌搜索的TSA方法，相比GA、SABRE和FiDLS等先进方法，能减少附加门数量并提升大规模电路的可扩展性。
2021-08-28 quant-ph
Quantum Circuit Implementation of Two Matrix Product Operations and Elementary Column Transformations
本文针对Hadamard积、Kronecker积和初等列变换设计了基于酉变换和辅助量子测量的高效量子电路方案，显著降低了计算深度、量子门使用量及能耗。
2025-11-04 quant-ph
Quantum circuit synthesis using Householder transformations
量子电路的合成在于将酉矩阵分解成一系列基本运算。本文提出了一种基于Householder变换的QR分解的电路综合方法。我们提供了一个两步算法：在第一步中，我们利用量子算符的特定结构来计算它的QR分解，然后使用分解矩阵来产生量子电路。我们分析了几个成本（电路大小和计算时间），并将它们与文献中的现有技术进行比较。对于最后一个量子电路的两倍大的最好的现有方法获得的，我们加快了数量级的计算。
2020-04-16 cs.ET quant-ph
A New Algorithm for Applying Sequences of Affine Transformations in Quantum Circuits
Vanderbilt University（范德堡大学）
本文提出一种稳健可扩展的框架，用于在量子电路中实现嵌套仿射变换，通过条件初始化和块编码保持状态归一化，用于生成组合振幅模式，并在金融风险评估和离散信号处理中展示应用。
2026-04-27 quant-ph
SSR: A Swapping-Sweeping-and-Rewriting Optimizer for Quantum Circuit Transformation
College of Artificial Intelligence, Nanjing Tech University（南京工业大学人工智能学院）；Centre for Quantum Software and Information (QSI), Faculty of Engineering and Information Technology, University of Technology Sydney（悉尼科技大学工程与信息科技学院量子软件与信息中心）；Arclight Quantum Computing Inc.（弧光量子计算有限公司）；College of Information Engineering, Taizhou University（台州学院信息工程学院）；School of Artificial Intelligence and Computer Science, Shaanxi Normal University（陕西师范大学人工智能与计算机科学学院）
提出一种交换-扫描-重写优化器，通过遗传算法重排电路、扫描提取CNOT子电路并用SAT求解器重写为深度最优电路，平均降低QCT电路深度12.18%。
2026-06-23 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
Quantum Circuit for Quantum Fourier Transform for Arbitrary Qubit Connectivity Graphs
Kazan Federal University（喀山联邦大学）；Univerisy of Latvia（拉脱维亚大学）
本文提出了一种通用方法，用于在任意量子比特连接图上构建量子傅里叶变换的量子电路，有效减少CNOT门数量，并在不同架构上验证了其性能。
2025-10-10 cs.DS quant-ph
Quantum Circuit Transformation: A Monte Carlo Tree Search Framework
在噪声中间尺度量子（NISQ）时代，量子处理单元（QPU）尤其遭受物理量子位之间的高度有限的连接性。为了使量子线路有效地可执行，电路变换过程是必要的，以将其变换成功能上等效的电路，使得满足QPU施加的连接性约束，其中开销成本越小越好。虽然已经提出了几种算法来实现这一目标，但开销成本通常非常高，这会急剧降低所获得的电路的保真度。其中一个主要原因在于，由于高分支因子和巨大的搜索空间，几乎所有这些算法只能搜索非常浅，因此，通常只能达到（最多）局部最优解。在本文中，我们提出了一个蒙特卡洛树搜索（MCTS）框架来解决电路变换问题，这使得搜索过程更深入。通用框架支持旨在通过引入SWAP或远程CNOT门来减小输出电路的大小或深度的实现。算法，称为MCTS-Size和MCTS-Depth，在所有相关参数中是多项式的。在广泛的实际电路和IBM Q Tokyo上的实验结果表明，基于MCTS的算法可以减少尺寸（深度）。间接费用平均减少66%（分别为84%）与tket相比，tket是一个工业级编译器。
2022-01-25 quant-ph
Architecture aware compilation of quantum circuits via lazy synthesis
量子位路由是量子线路编译中的一个关键问题。它包括重写一个量子线路，通过添加尽可能少的指令，使电路符合某些体系结构的连接约束。通常，这个问题通过SWAP插入技术或使用架构感知合成算法重新合成电路的部分来解决。在这项工作中，我们提出了一个元启发式耦合的迭代方法的交换插入技术与贪婪的体系结构意识的合成例程。我们提出了两个新的编译算法的基础上，这个元启发式和比较他们的性能，以国家的最先进的量子电路编译技术的几个标准类的量子线路和显示显着减少纠缠门开销由于编译。
2022-06-02 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
Quantum Circuits Architecture
提出了一种优化量子线路结构的方法。该方法是基于“量子梳”的概念，它描述了一个电路板，其中可以插入可变子电路。该方法允许人们有效地解决新型的量子信息处理任务，例如存储-检索和克隆信道。
2007-12-09 quant-ph
Shadow Quantum Singular Value Transformation with Shallow Quantum Circuits
Rice University（莱斯大学）
本文提出阴影量子奇异值变换（Shadow QSVT），通过三种算法利用输入态和可观测量结构，降低QSVT电路深度，实现可观测量高效估计。
2026-10-07 cs.DS quant-ph
An RNN-policy gradient approach for quantum architecture search
本文提出一种基于深度强化学习的 RNN-策略梯度量子架构搜索方法，利用强化学习控制器和分层搜索自动设计电路，在分类任务上获得更高准确率且门与参数更少。
2024-05-09 quant-ph
Optimized Aaronson-Gottesman stabilizer circuit simulation through quantum circuit transformations
本文改进了Aaronson和Gottesman在{ \it Phys. Rev. A 70（052328）}，2004中提出的任意稳定器电路的分层实现。特别地，我们将它们的11级计算-H-C-P-C-P-C-H-P-C-P-C-简化为形式为-H-C-CZ-P-H-P-CZ-C-的8级计算。我们的参数支持使用-CZ-阶段的-C-阶段：不仅使用-CZ-阶段允许一个较短的分层表达式，但-CZ-阶段更简单，似乎更容易实现相比-C-阶段。依赖于8级分解，我们开发了门库{P，H，CNOT}上的稳定器电路的两量子位深度$(14n-4)$实现，可在LNN架构中执行，改进了先前已知的最佳深度$25n$电路，也可在LNN架构中执行。我们的结构依赖于折叠任意长的序列$($ -P-C- $)^m$到一个3阶段的计算-P-CZ-C-，以及有效的实现-CZ-阶段的电路。
2017-05-30 cs.ET quant-ph
Quantum Circuits assisted by LOCC: Transformations and Phases of Matter
我们介绍了多体量子态之间的确定性状态转换协议，该协议可以通过低深度量子线路（QC）以及本地操作和经典通信（LOCC）来实现。我们表明，这引起了一个分类的阶段，其中拓扑有序的状态或其他范式纠缠态变得微不足道。我们还研究了在这种情况下，如何通过LOCC增强酉操作的集合，允许在低深度的情况下执行某些大深度的QC。
2021-11-11 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Classification and transformations of quantum circuit decompositions for permutation operations
针对量子计算中置换酉算子的电路分解问题，本文识别关键属性并建立十类分类框架，进而提出跨类别变换以减少资源。
2023-12-18 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
RH: An Architecture for Redesigning Quantum Circuits on Quantum Hardware Devices
提出基于EQ-GAN的RH架构，通过前置随机量子电路模块将量子态学习扩展至酉变换学习，并用于电路等价性检验与变分重构。
2025-05-16 quant-ph
Causal and compositional structure of unitary transformations
酉变换的因果结构是任何输入子系统和任何输出子系统之间可能影响的关系的集合。我们研究这种因果结构是否可以理解的组成结构的单一。给定没有从输入系统$A$到输出系统$B$的路径的量子线路，系统$A$不能影响系统$B$。相反，给定从输入$A$到输出$B$具有无影响关系的酉$U$，则从[B. Schumacher和M. D. Westmoreland，量子信息Processing 4 no.1，（Feb，2005）]，存在$U$的电路分解，没有从$A$到$B$的路径。然而，正如我们所讨论的，有幺正，不存在一个电路分解，使所有的因果约束同时明显。为了解决这个问题，我们引入了一个新的形式主义的“扩展电路的”，这超出了什么是可表达的量子线路，与核心的新功能是能够表示直接和结构，除了顺序和张量积组成。表示酉$U$的因果忠实扩展电路分解是这样一种电路分解：当且仅当在$U$中实际存在从$A$到$B$的影响时，存在从输入$A$到输出$B$的路径。我们推导出因果忠实扩展电路分解的一大类酉，在每种情况下，分解是隐含的酉的各自的因果结构。我们假设每个有限维酉变换都有一个因果忠实的扩展电路分解。
2021-07-16 quant-ph
Reducing circuit depth in adaptive variational quantum algorithms via effective Hamiltonian theories
电子结构模拟是量子计算机的一个预期应用。由于强关联系统中存在高维的量子纠缠，进行这种模拟所需的量子资源远远超出了当前量子器件的能力。为了降低量子线路的复杂性，有人建议将电子关联的一部分合并到有效哈密顿量中，有效哈密顿量通常从电子哈密顿量的相似变换获得。在这项工作中，我们引入了一个新的变换的形式的产品的线性组合的激发运营商构建有效的哈密顿量与有限项。为了证明它的准确性，我们还考虑了一个等效的自适应变分算法与此变换，并表明它可以获得一个准确的基态波函数。该变换定义的有效哈密顿量被引入到自适应变分量子算法中，以保持恒定尺寸的量子线路。新的计算方案进行了评估，通过对小分子进行数值模拟。化学精度是实现了一个更浅的电路深度。
2022-01-23 quant-ph
Mapping Quantum Circuits to Ions in Storage Ring Quantum Computer Architectures
研究了储存环量子计算机中量子线路到离子态量子比特的映射。提出了用于将这样的量子比特映射到存储环量子计算机的串行、并行和混合架构。在多离子、窗口和激光器方面，离子主义是SRQC架构的重要组成部分。一个“前任问题”，在这样的架构中出现的确定和解决方案提出。代表性的数值大小和定时计算。整个方法非常通用，并扩展到几个实施选项。确定了开放性问题。
2022-05-22 quant-ph
Witnessing the architecture of quantum circuits
Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät, Universität Siegen（锡根大学自然科学技术学院）
本文提出量子电路架构见证的通用框架，通过半定规划构建见证以证明幺正变换与电路架构不兼容，针对Clifford幺正变换可简化为线性规划，实现高效数值与解析证明，可用于量子电路优化编译及设备基准测试。
2026-08-14 quant-ph
Memory Efficient Quantum Circuit Simulator Based on Linked List Architecture
本文将介绍我们在C++环境下开发的量子线路模拟器。我们设计了一种新的方法，有效的内存处理使用链表结构，使我们能够模拟一个量子线路高达20量子位在合理的时间。我们的软件包可以模拟用户构建的任何量子线路的活动;它也将用于理解某些量子算法的鲁棒性，如Simons和Shors。
2005-11-08 quant-ph
Simulating arbitrary Gaussian circuits with linear optics
玻色子模的线性正则变换对应于高斯幺正，其包括由多端口无源干涉仪实现的无源线性光学变换和由非线性放大介质实现的有源Bogoliubov变换。作为布洛赫-弥赛亚定理的结果，任何高斯幺正都可以分解成一个被动干涉仪，然后是一层单模挤压器和另一个被动干涉仪。在这里，它展示了如何规避对主动转换的需求。也就是说，我们提供了一种技术来模拟采样的联合输入和输出分布的任何高斯电路与被动干涉，提供双模压缩真空状态可作为一个先验资源。在该过程的核心，我们利用了部分时间反转下的分束器模拟双模挤压器的事实，这使得可以在没有任何非线性光学介质的情况下访问任意高斯电路。这产生，特别是，一个程序与线性光学模拟扩展玻色子采样实验，其中光子共同传播通过任意多模高斯电路，随后由输出光子图案的检测。
2018-12-11 quant-ph
Resource-Tunable Quantum Circuit Implementation of Nonlinear Element-Wise Transformations
School of Mathematical Sciences, Harbin Engineering University（哈尔滨工程大学数学科学学院）
提出资源可调的量子框架，通过多项式分解实现非线性逐元素变换，在查询复杂度、门复杂度和辅助比特间权衡，适用于激活函数和图像变换。
2026-10-01 quant-ph
Quantum computations without definite causal structure
我们表明，量子理论允许转换的黑盒子，不能通过插入一个电路内的输入黑盒子在一个预定义的因果顺序实现。这种变换的最简单的例子是经典的黑盒开关，其中两个输入黑盒根据经典位的值以两种不同的顺序排列。这种转换的量子版本量子开关产生一个输出电路，其中连接的顺序由量子比特控制，量子比特与电路结构纠缠在一起。在具有固定因果结构的电路中模拟这些变换需要后选择，或者对输入黑盒进行额外的查询。
2013-10-27 quant-ph
Circuit Quantum Acoustodynamics in a Scalable Phononic Integrated Circuit Architecture
本文提出了一种可扩展的声子集成电路架构，通过集成超导量子比特和声子谐振腔，实现了显著的声子发射增强，为量子信息处理器和新型量子声学现象的研究奠定了基础。
2025-12-04 quant-ph
Compiling SU(4) Quantum Circuits to IBM QX Architectures
目前，该领域的主要参与者正在研究噪声中尺度量子（NISQ）技术，以构建第一台实用的量子计算机。IBM QX架构是目前第一个公开发布的架构。然而，为了使用它们，必须针对相应使用的目标架构编译相应的量子线路。虽然第一种方法已经提出了这一目的，他们是不可行的，为特定的一组SU（4）量子线路，最近被引入到基准相应的编译器。在这项工作中，我们分析了现有的编译器的瓶颈，并提供了一个专用的方法编译这种电路IBM QX架构。我们的实验评估（使用IBM提供的工具）表明，所提出的方法显着优于IBM自己的解决方案的保真度的编译电路以及运行时间。此外，在这项工作中提出的解决方案已被宣布为IBM QISKit开发人员挑战赛的获胜者。拟议方法的实施情况可在http://iic.jku.at/eda/research/ibm_qx_mapping上公开查阅。
2018-11-05 quant-ph
Efficient Classical Simulation of Optical Quantum Circuits
我们确定了一个广泛的类的物理过程中的光学量子线路，可以有效地模拟在一个经典的计算机：这类包括酉变换，放大，噪声和测量。这种可模拟性结果对实现指数量子加速的能力以及通过线性光学、基于光电探测的测量和测量结果的经典前馈、最佳克隆和广泛的其他过程引起光学非线性变换的能力施加了强有力的限制。
2002-10-30 quant-ph
Quantum Fourier Transformation Circuits Compilation
本研究针对量子傅里叶变换电路，结合技术直觉与程序综合工具，首次提出适用于Google Sycamore、IBM heavy-hex及2D网格的线性深度映射方案，并验证其正确性。
2023-12-17 quant-ph
Free Mode Removal and Mode Decoupling for Simulating General Superconducting Quantum Circuits
超导量子线路是通用量子计算机的主要候选者之一。设计新颖的量子位和多量子位超导电路需要能够模拟和分析一般电路的特性。特别是，在transmon方法之外，我们不能对非谐性做出假设，从而排除了黑盒量化方法，并需要正式的电路量化方法。我们考虑并解决了模拟一般超导电路所涉及的两个问题。其中一个问题是处理电路中的自由模式，即在哈密顿量中没有势项的电路模式。另一个问题是电路尺寸，即模拟强耦合多模电路的挑战。我们用来解决这些问题的主要数学工具是量子力学中的线性正则变换。我们解决的第一个问题，给出了一个可证明是正确的算法，通过执行一个线性正则变换，完全解耦的自由模式从其他电路模式，以消除自由模式。我们解决了第二个给出了一系列不同的线性正则变换，以减少模间耦合，从而减少了问题的弱耦合的情况下，大大减轻了经典模拟的开销。我们基准我们的去耦方法，通过将它们应用到两个电感耦合的磁通量子比特的电路，获得几个数量级的希尔伯特空间的大小，需要模拟减少。
2021-05-05 quant-ph
A 2D Nearest-Neighbor Quantum Architecture for Factoring in Polylogarithmic Depth
我们贡献了一个2D最近邻量子体系结构的肖尔的算法因子的$n$位数的$O(\log^2(n))$深度。我们的实现使用并行相位估计，恒定深度扇出和隐形传态，和恒定深度进位保存模块加法。我们推导出一个新的2D最近邻模型，允许一个经典的控制器和并行，通信模块下，我们的架构的电路资源的上限。在新模型中，我们还提出了一种新的用于无界量子解扇出的恒深电路。最后，我们提供了一个比较所有以前的最近邻因子分解实现。我们的电路的结果在最近邻电路深度的指数改善的成本多项式增加电路的大小和宽度。
2013-04-22 cs.DS cs.ET quant-ph
Reducing the CNOT count for Clifford+T circuits on NISQ architectures
在将量子线路映射到物理层时，必须考虑底层硬件架构所施加的众多约束。物理量子位的连接性是一种这样的约束，其将诸如CNOT的两量子位操作限制为“连接的”量子位。交换门可以用来将逻辑量子比特放置在可接受的物理量子比特上，但是它们需要显著增加hocT计数。在本文中，我们考虑的问题，减少在Clifford+T电路的连接受限的架构，如嘈杂的中间尺度量子（NISQ）计算设备的hocT计数。我们“切片”的阿达玛门的位置的电路和“建立”的中间{CNOT，T}子电路使用斯坦纳树，显着改善以前的方法。我们比较了我们的算法的性能，同时将不同的基准电路和随机电路映射到一些众所周知的架构，如9-qubit正方形网格，16-qubit正方形网格，Rigetti 16-qubit Aspen，16-qubit IBM QX 5和20-qubit IBM Tokyo。与Qiskit和TKET转译器以及使用SWAP门相比，我们的方法给出了更少的hocT计数。假设NISQ电路实现中的大多数误差是由于CNOT误差引起的，那么我们的方法将允许电路可靠地实现比以前的方法多几倍的CNOT门。
2022-10-10 quant-ph
Multidimensional Quantum Fourier Transformation
量子傅里叶变换（QFT）是一个众所周知的子程序，用于基于量子位的通用量子计算机上的算法。在这项工作中，已知的QFT电路被用来推导出一个有效的电路的多维QFT。对于具有沿$d$维度等距分离的$M=(2^n)^d$元素$(n \in \mathbb{N})$的阵列，该算法的复杂度为$\mathcal{O}( \log^2(M)/d )$。讨论了相关的应用性能。当前硬件上的一个示例由具有IBM量子计算机的6量子位2D-QFT描绘。
2023-01-31 quant-ph
Nearest neighbor synthesis of CNOT circuits on general quantum architectures
本文针对一般量子架构提出关键量子比特优先映射模型和噪声感知CNOT线路最近邻综合算法，利用禁忌搜索优化初始映射，有效提升了综合后线路的保真度。
2025-05-31 cs.ET quant-ph
Quantum Circuit Equivalence Checking: A Tractable Bridge From Unitary to Hybrid Circuits
本文提出通过延迟测量和分离投影技术，解决混合量子电路等价性检查问题，提升处理能力并发现 Qiskit 编译器的意外行为。
2025-11-27 cs.PL quant-ph
Transformation of quantum states using uniformly controlled rotations
我们考虑一个么正变换，它将一个$n$ -量子比特量子寄存器的任意给定态映射到另一个量子比特。这种变换在量子计算机的初始化和一些量子算法中有应用。利用均匀控制的旋转，我们提出了一个量子线路的$2^{n+2}-4n-4$ CNOT门和$2^{n+2}-5$单量子比特的基本旋转，影响状态转换。电路的复杂性明显低于以前发表的结果。此外，我们提出了一个解析表达式的旋转角度所需的转换。
2004-07-01 quant-ph
Quantum Circuit for Non-Unitary Linear Transformation of Basis Sets
本文提出一种基于奇异值分解（SVD）的基组非幺正线性变换量子电路方法，实现O(n)操作深度与n个辅助量子比特，可计算不同希尔伯特子空间波函数重叠，提升多本征态能量计算准确性并扩展量子计算应用。
2025-02-13 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
Deterministic transformations between unitary operations: Exponential advantage with adaptive quantum circuits and the power of indefinite causality
本文分析了量子线路的性能和将任意幺正操作$U$的$k$转换为另一个幺正操作$f(U)$的一般过程。当期望函数$f$是同态时，即，$f(UV)=f(U)f(V)$，已知最佳平均保真度可通过并联电路获得，并且不确定的因果关系不提供任何优点。在这里，我们表明，当考虑反同态时，情况发生了巨大的变化，即，$f(UV)=f(V)f(U)$。特别地，我们证明了当$f$是一个反同态时，时序电路可以指数地优于并行电路，并且具有不定因果顺序的过程可以优于时序过程。我们提出了明确的建设，如何获得这样的优势，酉反演任务$f(U)=U^{-1}$和酉转置任务$f(U)=U^T$。我们还建立了酉估计和并行酉转置问题之间的一对一的联系，允许一个容易地将结果从一个领域转换到另一个领域。最后，我们将我们的结果应用到几个具体的问题实例中，并提出了一种基于计算机辅助证明的方法来显示最优性。
2022-03-28 quant-ph
CNOT circuits need little help to implement arbitrary Hadamard-free Clifford transformations they generate
本文研究Hadamard-free Clifford变换的深度优化，证明在LNN上深度为5n，任意Clifford变换深度不超过7n-4，并给出全连接下平均开销极小的证据，将Clifford电路深度从2n+O(log^2 n)降至1.5n+O(log^2 n)。
2023-01-24 cs.ET quant-ph
DasAtom: A Divide-and-Shuttle Atom Approach to Quantum Circuit Transformation
针对中性原子量子设备的编译挑战，提出分治与穿梭原子方法DasAtom，通过划分电路并穿梭原子优化变换，在30量子比特QFT上保真度较Enola提升414倍，较Tetris提升10.6倍，且优势随规模指数增长。
2025-01-20 cs.ET quant-ph
Optimal Quantum Circuits for Nearest-Neighbor Architectures
我们表明，在现实的体系结构中的量子线路的深度，其中一个经典的控制器确定哪些本地的相互作用，以适用于kD网格Z^k，其中k >= 2是相同的（直到一个常数因子），在标准模型中，允许任意的相互作用。这允许从标准抽象模型中的最小深度电路中获得最近邻架构的最小深度电路（直到常数因子）。因此，我们的工作证明了标准假设，即相互作用可以在任意量子位对之间进行。特别是，我们的研究结果意味着肖尔的算法，控制操作和扇出可以实现在恒定的深度，多项式的大小和多项式的宽度在这个架构。我们还提出了最佳的非自适应量子线路的控制操作和扇出的kD网格。这些电路具有深度Theta（n^（1 / k））、大小Theta（n）和宽度Theta（n）。我们的下限也适用于更一般的一类操作。
2013-05-08 cs.CC quant-ph
Probing Quantum Phase Transition in Macroscopic Qubit Array via circuit QED architecture
我们提出了一种基于电路QED结构的宏观量子相变探测的普适物理机制。我们发现，在一定的参数下，约瑟夫森结量子比特阵列在横向场中表现为反铁磁伊辛模型，耦合传输线谐振器作为玻色子量子探针。我们的研究表明，在临界点处，探针光谱的急剧展宽表明发生了量子相变。
2006-06-06 cond-mat.supr-con quant-ph
CutVQA: Co-Designing Circuit Cutting and Architecture Search for Scaling Variational Quantum Algorithms
School of Computer Science and Technology, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学计算机科学与技术学院）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
CutVQA通过整合电路切割与量子架构搜索，减少变分量子算法的采样开销和训练时间，提升可扩展性。
2026-03-14 cs.ET quant-ph
Causal structures and the classification of higher order quantum computations
量子运算是量子信息处理理论中最广泛使用的工具，表示组成复杂量子线路的量子态的基本变换。量子变换的类别可以通过包括量子运算的变换及其变换等来扩展，直到构造潜在的无限层次的变换。在过去的十年中，一个被称为量子梳的子层次被详尽地研究，并被表征为最一般的一类变换，其可以通过具有容纳可变输入元件的开口槽的量子线路来实现，以形成完整的输出量子线路。量子梳的理论被证明是成功的信息处理任务的优化，否则无法治疗。近年来，从梳到梳的映射的研究有所增加，这要归功于一些有趣的例子，这些例子显示了下一阶映射如何要求操作的因果顺序与控制量子系统的状态纠缠，或者更根本的是，交替因果顺序的叠加。这些非电路变换中的一些已知是可以实现的，甚至已经在实验中实现，并且被证明在各种信息处理任务中相对于量子梳提供了一些计算优势。在这里，我们提供了一种形式语言来形成所有可能的类型的转换，并使用它来证明一般的结构定理的层次结构中的转换。然后，我们提供了一个数学表征的一组从梳子到梳子的地图，暗示在路线的完整表征的地图的层次结构。分类是严格相关的映射操纵输入电路的因果结构的方式。
2016-12-15 quant-ph
Distributed quantum architecture search
本文提出端到端分布式量子架构搜索框架，结合 TeleGate、TeleData 和量子比特分配，通过两阶段免训练策略自动设计跨多量子处理单元的高效分布式量子电路，并在 VQE 任务上验证其有效性。
2024-08-01 quant-ph
