How to test the "quantumness" of a quantum computer?
我们讨论是否,在何种程度上和如何量子计算设备可以使用经典的工具进行评估和模拟。
2014-01-13 quant-ph
What Have Google's Random Quantum Circuit Simulation Experiments Demonstrated about Quantum Supremacy?
量子计算之所以引起人们的高度兴趣,是因为它承诺至少在某些类型的计算上比经典计算机快得多。Arute et al. 2019(非正式地,“谷歌量子团队”)报告了旨在证明“量子至上”的实验结果-声称某些量子计算机的性能在某些问题上优于经典计算机。这些结果是否结束了关于量子霸权的争论?我们认为他们不这样做。我们概述了谷歌量子团队的实验,然后确定了一些悬而未决的问题,以证明量子霸权。
2020-09-15 cs.ET quant-ph
Special Session: Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) Computers -- How They Work, How They Fail, How to Test Them?
首先,量子计算机最近已经证明了“量子至上”或“量子优势“:执行在经典机器上不可能的计算。今天的量子计算机遵循NISQ范式:它们的错误率比传统电子产品高得多,并且没有足够的量子资源来支持强大的纠错协议。这引发了一些问题,即相关计算是否在NISQ架构的范围内。一些“NISQ时代的算法”被假定为与这种计算机的特性相匹配;例如,变分优化器是基于交织相对较短的量子和经典计算,从而最大限度地提高成功的机会。本文将批判性地评估NISQ计算的承诺和挑战。到目前为止,这个领域已经取得了什么成就,我们可能很快会取得什么成就,我们在哪里必须持怀疑态度,等待更大规模的完全纠错架构的出现?
2023-01-27 quant-ph
A charge selection rule fixes what a squeezed-light reservoir computer can compute and afford
Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona(亚利桑那大学怀特光学学院)
研究提出电荷选择规则,揭示压缩光 reservoir computer 的可计算内容与成本由探测器而非光学系统决定,验证了其在位移编码控制任务中的精度损失符合电荷代数预测。
2026-08-31 math-ph math.MP quant-ph
A comprehensive survey on quantum computer usage: How many qubits are employed for what purposes?
本文对arXiv上声称使用量子计算机的论文进行了广泛调查,评估了量子比特数量、QPU供应商和应用领域等统计数据,发现典型量子比特用量为六到十个,且量子纠错和噪声缓解领域使用更多量子比特。
2023-10-10 quant-ph
What do we learn from computer simulations of Bell experiments?
与反事实的确定性相反,量子理论告诉我们,测量仪器并不是被动地读取物理可观察量的预定值。反事实确定性允许证明贝尔不等式。如果正确地考虑了量子测量的上下文特征,这些不等式的证明就可能不被完成。在最近的计算机模拟的理想化贝尔实验预定连续的测量结果,为每个设置和预定的时间延迟,他们的注册计算。时间窗口和时间延迟用于选择各种样本。使用这些选定的样本估计的相关性与量子理论的预测一致,并且时间窗口依赖性与在一些真实实验中观察到的依赖性相似。这是一个重要的例子,说明如何在不引起量子非定域性的情况下解释相关性。然而,通过使用适当的后选择,可以证明任何事情。由于在后选择之前生成的样本可能不会像使用量子预测生成的有限样本那样显著地违反贝尔不等式,因此人们可能不会得出反事实确定性不能区分经典物理和量子物理的结论。此外,我们表明,对于每个选择的时间窗口存在一个上下文的隐变量概率模型与作者使用的后选择程序相一致,这解释了为什么他们能够重现量子预测。
2016-11-25 physics.hist-ph quant-ph
What determines the ultimate precision of a quantum computer?
量子纠错(QEC)码使用$N_{\rm c}$量子比特来构造一个比原始“物理”量子比特质量更好的“逻辑”量子比特。QEC理论预测,如果物理量子位的故障概率$p$低于某个阈值$p<p_{\rm th}$,则逻辑量子位的故障概率$p_L$随$N_{\rm c}$呈指数下降。特别是QEC定理意味着逻辑量子比特可以通过简单地增加$N_{\rm c}$来任意精确。在这封信中,我们寻找的物理机制,位于QEC定理的假设之外,并设置一个限制$η_{\rm L}$的逻辑量子比特的精度(无关$N_{\rm c}$)。$η_{\rm L}$直接控制在逻辑量子状态被随机化之前可以执行的操作$\propto 1/η_{\rm L}^2$的最大数量,因此可以考虑量子线路的深度。我们确定了一种类型的错误-沉默的稳定器故障-作为有限的$η_{\rm L}$负责的机制,并讨论其可能的原因。以拓扑表面码为例,我们证明了一个局部事件可以引起逻辑量子比特的失效,而与$N_c$无关。
2019-04-12 quant-ph
'Photosynthetic' Quantum Computers?
量子计算机在自然界中已经存在了吗?有人建议他们这样做。光合作用是“量子计算机”组件可能在复杂生物系统的“经典”世界中发挥作用的一个例子。一个“翻译”的标准代谢描述的“前端”光捕获复杂的光合作用到量子计算机的语言。生物系统代表了一种尚未开发的资源,可以用来思考混合量子-经典计算机的设计和操作,并扩展我们目前对自然界中“量子计算机”的定义的概念。
2001-08-20 quant-ph
What quantum computer to buy?
Florida International University(佛罗里达国际大学)
本文提出一个实用采购框架,区分五种能力层级,比较主流商业平台在机构适配性、访问模型和刷新压力方面的差异,建议大多数机构应从最小能力层开始,以获得可重复的短期价值并保持战略灵活性。
2026-04-06 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Using a quantum computer to solve a real-world problem -- what can be achieved today?
量子计算是一项重要的发展中技术,有可能彻底改变可以实际解决的科学和商业问题。这种广泛的兴奋来自于容错量子计算机解决以前棘手问题的潜力。这样的机器预计至少要到2030年才能使用。因此,我们目前正处于所谓的NISQ时代,在这个时代,更多的启发式量子方法正被应用于量子硬件的早期版本。在本文中,我们试图提供一个更容易理解的解释量子计算在当前NISQ时代探索2个主要的混合经典量子算法,QAOA和VQE,以及量子退火的许多更技术方面。我们应用这些方法,组合优化的形式的设施选址问题的一个例子。探索的方法包括QAOA中不同类型的混频器(X,XY和一种新型的3XY混频器)的应用,以及许多重要Meta参数设置的影响,这些参数在研究论文中通常不受关注。同样,我们探索替代参数设置的背景下,量子退火。我们的研究证实了一个广泛的共识,即量子门硬件在规模和保真度方面需要比目前更强大,才能在具有商业价值的水平上解决这些问题。量子退火更接近于提供量子优势,但也需要在规模和连接性方面取得重大进展,以解决经典解决方案次优的优化问题。
2022-11-23 quant-ph
Clocks, computers, black holes, spacetime foam, and holographic principle
简单的时钟、简单的计算机、黑洞、时空泡沫和全息原理有什么共同之处?我将展示它们背后的物理学是相互关联的,将我们的信息、引力和量子不确定性概念联系在一起。因此,限制计算和时钟精度的物理学也产生了黑洞的霍金辐射和全息原理。此外,后两者强烈暗示时空经历的量子涨落比民间传说所暗示的要大得多--大到足以用现代引力波干涉仪通过未来的改进来检测。
2000-10-25 gr-qc hep-ph hep-th
Quantum Analogue Computing
我们简要回顾一下量子计算机是什么,它承诺为我们做什么,以及为什么建造一台如此困难。量子系统的量子模拟是最早有望取得成果的应用之一。虽然大多数量子计算是经典数字计算的扩展,但量子模拟在数据如何在量子计算机中编码方面有着根本的不同。为了执行量子模拟,要模拟的系统的希尔伯特空间被直接映射到量子计算机中的(逻辑)量子比特的希尔伯特空间上。这种类型的直接对应就是经典模拟计算机中数据的编码方式。没有二进制编码,提高精度的代价是指数级的:每增加一位精度,计算机的大小就会增加一倍。这对量子模拟的精度和误差校正要求都有重要的影响,并且关于其实用性仍然存在重要的开放问题。这也意味着模拟计算机的量子版本,连续变量量子计算机(CVQC)成为量子模拟的一种同样有效的架构。过去使用经典模拟计算机的经验教训可以帮助我们在未来建立更好的量子模拟器。
2010-01-13 quant-ph
Drug design on quantum computers
本文展望量子计算在药物设计中的应用,分析其挑战、机遇、产业变革潜力及落地所需条件。
2023-01-10 quant-ph
QOuLiPo: What a quantum computer sees when it reads a book
Quantonation
本文通过量子处理器处理文艺复兴时期经典作品,提出rigidity指标,构建QOuLiPo文本集,为中性原子硬件提供基准测试,并展示工程化文本的高近似比结果。
2026-05-13 cs.CL cs.DL physics.atom-ph
What It Is Like To Be A Quantum Computer: A Closed Quantum Global Workspace -- Conscious Access and Integration as Correlation Dynamics in Hilbert Space
Independent artist(独立艺术家)
本文受艺术探究启发,为封闭量子系统转换全局神经元工作空间理论,引用量子霍普菲尔德式哈密顿量构建框架,通过约化得出玩具模型和纠缠,阐明理论假设,突出非表征状态,还提出艺术 - 科学合作新模式。
2026-07-15 quant-ph
Simulating quantum many-body dynamics on a current digital quantum computer
通用量子计算机可能是模拟多体量子动力学的理想环境,这是经典数字计算机无法实现的。我们使用最先进的IBM量子计算机来研究凝聚态物理的典型例子--我们模拟了无序和相互作用对量子粒子传输的影响,以及相关和纠缠的传播。我们的基准测试结果表明,目前的机器的质量是低于什么是必要的定量准确的连续时间动态的可观和可达系统的大小是小的精确对角化。尽管如此,我们还是成功地证明了与局域化物理和多体相互作用效应相关的明确的定性行为。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
What is Quantum Computation?
量子计算是当今发展迅速的领域。其原则是什么?在什么意义上它不同于传统的计算?它的优点和缺点是什么?它能解决什么样的问题?制造量子计算机有多实用?我总结了量子计算的一些重要概念,试图回答这些问题。加深对它们的了解将为今后的发展铺平道路。
1999-09-27 quant-ph
Robust digital optimal control on IBM quantum computers
脉冲整形器件产生精确量子最优控制的能力是量子技术发展的一个很大限制。我们提出并证明了一个系统的程序来设计鲁棒的数字控制过程适应这样的实验约束。我们展示了在何种程度上可以从其连续时间对应的数字脉冲。即使对于有限数量的脉冲参数也可以实现显著的效率。我们在IBM量子计算机上对单个量子比特进行了实验性的实现,在T = 382 ns的时间内获得了最佳的鲁棒传输。
2022-10-17 quant-ph
Quantum Computation
近年来,量子系统作为计算器件的理论研究取得了巨大的进展。我们现在有强有力的理论证据表明,量子计算机如果建成,可能会被用作一种非常强大的计算工具。这篇评论将讲述理论量子计算的故事。我忽略了该模型的实验实现这一发展中的话题,而忽略了其他密切相关的话题,即量子信息和量子通信。由于缩小了本文的范围,我希望它已经获得了对量子计算这一令人兴奋的领域的几乎自足的介绍的好处。回顾开始于理论计算机科学,图灵机和布尔电路的背景。根据这些模型,我定义了量子计算机,并讨论了通用量子门的问题。量子算法,包括Shor的因式分解算法和Grover的搜索数据库的算法,解释。我将投入大量精力来理解量子计算能力的起源是什么,以及这种能力的极限是什么。最后,我描述了最近的理论结果,这些结果表明量子计算机即使在存在噪声、不准确性和有限精度的情况下也能保持其复杂性。我试着把所有的结果放在他们的背景下,询问对计算机科学和物理学中其他问题的影响。在这篇评论的最后,我明确了这些联系,讨论了量子计算对基本物理问题的可能影响,例如从量子到经典物理的过渡。
1998-12-15 quant-ph
Lower Bounds on Quantum Query Complexity
Shor和Grover著名的因式分解和搜索量子算法表明,量子计算机可以比任何经典计算机更快地解决某些计算问题。我们在这里讨论量子计算机不能做什么,特别是如何证明它们的计算能力的限制。我们涵盖了证明下界的主要已知技术,并对这些方法进行了比较。
2005-09-21 quant-ph
Why now is the right time to study quantum computing
量子计算是证明困难物理实验的好方法。但在量子计算机建成之前,计算机科学家需要了解量子信息吗?事实上,量子计算不仅仅是新计算设备的配方,而是一种看待世界的新方式,这种方式在智力上具有惊人的生产力。在本文中,我将讨论量子计算从何而来,它是什么,以及我们可以从中学到什么。
2014-12-30 cs.CC quant-ph
Quantum Limit on Computational Time and Speed
我们研究了物理定律是否可以限制由基本粒子构建的量子计算机的计算时间和速度。我们发现量子计算机的速度和运行时间的乘积受到系统内部存在的基本相互作用类型的限制。这将有助于我们决定在构建量子计算机时应该允许什么类型的相互作用,以实现所需的速度。
2002-07-25 quant-ph
Experimental Data from a Quantum Computer Verifies the Generalized Pauli Exclusion Principle
“后果是什么...费米粒子不能进入相同的状态“R.费曼在谈到泡利不相容原理时写道:“事实上,物质世界的几乎所有特性都取决于这个奇妙的事实。1972年,Borland和Dennis证明了费米粒子轨道占据存在着超越泡利不相容原理的强有力的限制,这为量子关联和纠缠提供了重要的限制。在这里,我们使用量子计算机上的计算来实验验证这些额外约束的存在。量子多费米子态是在量子计算机上随机制备的,并进行了约束违反测试。测量表明没有违反,并确认广义泡利不相容原理的一部分,在一个百万分之一的误差。
2020-04-16 quant-ph
Flying Unicorn: Developing a Game for a Quantum Computer
为量子计算机创建游戏是什么感觉?凭借其以与经典计算机截然不同的方式执行计算和处理的能力,量子计算有可能成为信息技术的下一次革命。飞行独角兽是一款为量子计算机开发的游戏。它旨在探索叠加和不确定性的属性。在本文中,我们探讨了游戏的开发,使用Python Qiskit。我们详细介绍了量子位的使用和Grover搜索的实现。最后,我们比较和对比的经典实现的游戏对量子计算的设计,包括执行和性能的物理量子计算机在IBMQ。
2019-10-18 cs.ET quant-ph
Applying Multi-qubit Correction to Frustrated Cluster Loops on an Adiabatic Quantum Computer
由受挫簇循环(FCL)代表的一类问题是一组强大的问题,它们跨越了广泛的计算难度,并且很容易确定它们的解决方案。在这里,我们使用受抑簇循环来测试没有后处理的D-Wave和具有多量子位校正(MQC)后处理的D-Wave的相对性能。MQC后处理在提高D-Wave 2000 Q处理困难的FCL问题时的性能方面表现出了极大的优势。
2019-02-15 cs.ET quant-ph
The universe as quantum computer
本文回顾了数字计算的历史,并探讨了计算的概念可以走多远。特别是,我提出的问题是,宇宙本身实际上是否是一台巨大的计算机,如果是这样,它是什么样的计算机。我将证明宇宙可以被看作是一台巨大的量子计算机。宇宙的量子计算模型解释了各种观察到的现象,这些现象不包括在普通物理定律中。特别是,该模型表明,量子计算宇宙自动产生随机性和秩序的混合,以及简单和复杂系统。
2013-12-16 physics.pop-ph quant-ph
Efficient Simulation of Quantum Systems by Quantum Computers
我们证明了量子力学多粒子系统的波函数的时间演化可以在量子计算机上非常有效地实现。这种模拟的计算成本与相应经典系统的常规模拟的成本相当。然后,我们勾勒出感兴趣的结果,如系统的能谱,可以得到。我们还指出,最终量子场论的模拟可能在大型量子计算机上。我们想证明,原则上可以做各种有趣的事情。实际的应用将不得不详细制定,这也取决于哪种量子计算机可能有一天可用。
1996-08-14 quant-ph
Witnessing Objectivity on a Quantum Computer
针对量子领域客观性涌现的研究问题,以量子达尔文主义理论为基础,利用精确可解随机碰撞模型的模拟,评估了当前NISQ量子设备作为量子达尔文主义实验平台的可行性。
2022-01-17 quant-ph
The problem of equilibration and the computation of correlation functions on a quantum computer
我们解决的问题,如何量子计算机可以用来模拟实验的量子系统在热平衡。本文提出了在量子计算机上制备平衡态的两种方法。对于这两种方法,我们表明,算法的输出状态,经过足够长的时间,是所需的平衡。我们提出了一个数值分析的小系统,这些方法之一。我们展示了如何平衡(时间)-关联函数可以有效地估计在量子计算机上,给定的平衡态的准备。我们提出的量子算法很难在经典计算机上模拟。这表明它们可以提供比经典设备所能实现的指数加速。
1999-05-04 cond-mat quant-ph
Extracting and Storing Energy From a Quasi-Vacuum on a Quantum Computer
针对传统QET提取能量会耗散到经典设备的问题,本文提出加入额外量子比特的增强协议,将能量存入量子寄存器,并在IBM超导量子计算机上验证其可行性。
2024-09-06 quant-ph
Simulating chemistry using quantum computers
量子化学家们都知道模拟量子系统的困难,这促使了量子计算的想法。人们可以通过将量子系统映射到另一个更可控的系统,来避免在传统计算机上精确模拟越来越大的量子系统所带来的急剧缩放。在这篇综述中,我们讨论了量子计算的思想在多大程度上已经被应用于化学问题。我们描述的算法,实现电子结构问题的显着优势,化学动力学模拟,蛋白质折叠,和其他任务。虽然理论仍然领先于实验,我们概述了最近的进展,导致了小型量子信息处理器上的第一个化学计算。
2010-07-15 quant-ph
Investigating how to simulate lattice gauge theories on a quantum computer
本研究利用D-Wave量子退火器和IBM门型量子硬件,探究在量子计算机上模拟SU(2)格点规范理论的能谱与时间演化,以规避符号问题并扩展非微扰物理研究。
2023-08-29 hep-lat quant-ph
Quantum Computing's Classical Problem, Classical Computing's Quantum Problem
面对建造越来越好的计算机的挑战,量子计算和经典计算面临着同样的难题:经典计算系统的成功。小型量子计算系统已经得到验证,中等规模的系统也即将出现,它们能够计算数值结果或模拟物理系统,远远超出人类手工所能做到的。然而,要想在商业上可行,它们必须超越我们非常成功的、高度先进的经典计算机所能做的。与此同时,那些经典计算机继续进步,但这些进步现在受到热力学的限制,并且很快将受到原子物质的离散性质以及最终的量子效应的限制。技术进步使量子机械和经典机械都受益,改变了竞争格局。我们能否建造量子计算系统,使其计算能力超过每月几个$10^{30}$逻辑门的经典系统?本文将讨论这些竞争和合作的技术趋势的相互作用。
2013-10-08 cs.ET quant-ph
Next Steps in Quantum Computing: Computer Science's Role
计算生态系统一直对社会和技术产生着深刻的影响,并以多种方式深刻地改变了我们的生活。尽管数十年来令人印象深刻的摩尔定律、性能缩放和计算生态系统中的其他增长,但仍然存在当前或可预见的常规计算机系统无法达到的重要的潜在计算应用。具体地,存在计算应用,其复杂性随着其输入数据的大小而超线性地甚至指数地缩放,使得这些问题的计算时间或存储器要求变得难以解决有用的数据输入大小。这样的问题可能具有超过最强大的超级计算机上可以构建的存储器需求,和/或几十年或更长时间的运行时间。量子计算(QC)被许多人视为未来解决这些高复杂性或难以解决的问题的可能选择,通过用根本不同的计算范式补充经典计算。量子计算机可能有用的问题与我们目前可以构建,编程和运行的问题之间存在巨大差距。QC研究社区的目标是缩小差距,使有用的算法可以在可靠的现实世界QC硬件上运行。特别是,这个计算社区联盟(CCC)研讨会的目标是阐明计算机科学(CS)研究社区在缩小这一差距中发挥的核心作用。CS研究人员在程序设计语言的设计,系统构建,可扩展性和验证技术以及可以将实际QC从未来带到现在的架构方法方面带来了宝贵的专业知识。本报告介绍了一系列技术和非技术主题领域的问题和建议。
2019-03-25 cs.ET quant-ph
Bitcoin and quantum computing
比特币是一种基于经典加密技术的数字货币和支付系统,它不像传统货币那样需要中央管理员。长期以来,人们一直在质疑量子计算对比特币和加密货币的影响。在这里,我们分析了量子计算机可能产生影响的三个主要方向:挖矿、安全和分叉。我们发现,在短期内,量子计算机对所有三个方向的影响似乎都很小。量子计算机的影响将需要大量的量子比特和量子算法的突破来逆转现有的哈希函数。
2018-01-09 cs.CR quant-ph
Black Holes and Complexity Classes
目前还不清楚使用量子计算来加速经典计算的局限性。一个例子是加速PSPACE完整计算的能力。我们也不知道经典广义相对论描述黑洞内部几何的时间长度有什么限制。已知的是,这两个问题是密切相关的:GR描述黑洞的时间越长,量子计算机的局限性就越大。这个结论,公式化为定理,是斯科特·阿伦森和我自己所做的未发表的工作的结果,我在这里解释。
2018-02-06 hep-th quant-ph
Digitizing SU(2) Gauge Fields and What to Look Out for When Doing So
随着量子计算机和张量网络用于格点规范理论模拟的长期前景,需要一种有效的数字化规范群元素的方法。因此,我们提出了我们的结果为少数的离散化方法的非平凡的例子SU(2),如其有限子群,以及不同类别的有限子集。我们把注意力集中在一个冻结过渡观察到弱耦合。一个广义的斐波那契螺旋似乎是特别有效的,接近最佳。
2022-12-19 hep-lat physics.comp-ph quant-ph
Computing Wasserstein Distance for Persistence Diagrams on a Quantum Computer
持久性图是拓扑数据分析的一个有用工具,它可以用来提供过滤拓扑空间的简洁描述。使它们在实践中更有用的是,它们带有一个度量的概念,即瓦瑟斯坦距离(与概率论中的homestone度量密切相关,但不相同)。此外,该度量提供了稳定性的概念;也就是说,输入中的小噪声在最坏的情况下会导致输出中的小差异。在本文中,我们证明了持久性图的Wasserstein距离可以通过量子退火计算。我们提供了一个制定的问题作为一个二次无约束二进制优化问题,或QUBO,并证明正确性。最后,我们测试我们的算法,探索参数选择和问题大小的能力,使用D-Wave 2000 Q量子退火计算机。
2018-11-02 cs.CG cs.ET quant-ph
QAC: Quantum-computing Aided Composition
University of Plymouth(普利茅斯大学)
在本章中,我将讨论量子计算在计算机音乐中的作用,以及如何将其整合以更好地为创意艺术家服务。我将首先考虑当前计算机音乐和量子计算工具中的不同方法,并回顾以前整合它们的一些尝试。然后,我将反思这种集成的意义,并提出我创造的QAC(量子计算辅助合成)以及实现它的早期尝试。本章还将介绍QAC Toolkit Max包,分析其性能,并探索它可以提供实时创作实践的一些例子。最后,我将介绍一个真实的案例,QAC在创意作品《Alvavier Prelude #3》中。
2022-02-09 cs.ET cs.HC cs.SD