On the locality of qubit encodings of local fermionic modes
本文证明,对于复杂局域图(如二维晶格),费米子模的量子比特编码必然是非局域的;精确局域编码仅当图为树时可行,否则需长程纠缠态,且制备电路深度至少与系统尺寸成正比。
2025-02-19 quant-ph
Tapering off qubits to simulate fermionic Hamiltonians
我们讨论了在对称性存在的情况下用量子比特对费米子多体系统的编码。这样的编码以保持系统哈密顿算子的简单结构的方式消除了冗余的自由度,从而使得能够用更少的量子位进行量子模拟。首先我们考虑描述粒子数守恒的$U(1)$对称性。使用基于第一量子化方法的先前已知的编码,可以在具有$Q=N\log{(M)}$量子位的量子计算机上模拟具有$N$粒子的$M$费米模式的系统。我们提出了一个新版本的这种编码量身定制的变分量子算法。此外,我们展示了如何提高稀疏性的模拟器哈密顿使用正交表。接下来,我们考虑基于第二量化方法的编码。结果表明,具有给定填充分数$ν=N/M$和量子比特/模式比$η=Q/M<1$的编码可以由具有相对距离$2ν$和编码率$1-η$的可有效解码的经典LDPC码构造.讨论了一类基于高围长二部图的码。基于图形的编码大致消除了$M/N$量子位。最后,我们考虑离散对称性,并展示如何使用先前已知的编码来消除量子位,说明简单分子型哈密顿量的技术。
2017-01-27 quant-ph
Optimal Particle-Conserved Linear Encoding for Practical Fermionic Simulation
本文通过纠错复杂度视角建立费米子门与测量复杂度框架,提出随机奇偶校验码最优编码和费米子期望解码器,实现粒子数守恒子空间编码的可扩展量子模拟,并在 LiH 和 H₂ 的变分量子本征求解实验中验证了协议有效性。
2025-09-22 quant-ph
Mitigating the barren plateau problem in linear optics
Aegiq Ltd.(Aegiq有限公司)
本文通过线性光学证明了变分量子算法中荒原高原的存在,并展示费米子线性光学对这一问题更不敏感,提出了一种双值相位移器,通过非线性相位移实现更少的局部极小值。
2026-10-21 quant-ph
Stabilizer-based quantum simulation of fermion dynamics with local qubit encodings
IBM Quantum, IBM Research Europe - Zurich(IBM量子,IBM欧洲苏黎世研究中心);Institute for Theoretical Physics, ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院理论物理研究所);Institute of Physics, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)(洛桑联邦理工学院物理研究所)
本文提出基于流集的稳定子方法,用于高效模拟费米子动力学,通过局部量子比特编码实现低深度量子电路。
2026-01-26 quant-ph
Superfast encodings for fermionic quantum simulation
在量子计算机上模拟费米子多体系统需要将费米子自由度适当编码为量子比特。在这里,我们重新审视Kitaev和作者之一介绍的超快编码。这种编码将度$d$图上具有两体相互作用的目标费米子哈密顿映射到由权重为$O(d)$的泡利算子组成的量子比特模拟器哈密顿。$m$费米模系统被映射到$n=O(md)$量子位。我们提出了广义超快编码(GSE),它需要与原始编码相同数量的量子比特,但具有更有利的性质。首先,我们描述了一个GSE,使得相应的量子码纠正任何单量子比特错误,只要相互作用图具有度$d\ge 6$。相反,我们证明了原始的超快编码缺乏$d\le 6$的纠错属性。其次,我们描述了一个GSE,减少了泡利重量的模拟器哈密尔顿从$O(d)$到$O(\log{d})$。GSE提供的对误差的鲁棒性和简化的模拟器哈密顿量结构可以使费米系统的模拟在近期量子器件的范围内。作为一个例子,我们应用新的编码的费米子哈伯德模型上的二维晶格。
2018-12-18 cond-mat.str-el quant-ph
Second-quantized fermionic operators with polylogarithmic qubit and gate complexity
我们提出了一种方法,用于编码的第二量子化的费米子系统的量子比特时,费米子的数量是保守的,在电子结构的问题。当费米子数$F$远小于模数$M$时,这种对称性将信息理论上所需的量子比特数从$Θ(M)$减少到$O(F\log M)$。在这个极限下,我们的编码需要$O(F^2\log^4 M)$量子位,而编码的费米子创建和湮灭算子在两个量子位门中花费了$O(F^2\log^5 M)$。当纳入随机模拟方法,这允许模拟时间演化与$M$只有多对数显式依赖。这是第一个量子比特中费米子的二次量化编码,其量子比特和门的成本都是$M$中的多对数,这允许在许多模式的高精度区域中研究费米子系统。
2022-06-06 quant-ph
Low-Weight High-Distance Error Correcting Fermionic Encodings
本文通过三步数值搜索(暴力枚举、克利福德变形、图优化)寻找实用费米子-量子比特纠错编码,实现了高距离与低权重逻辑算符的平衡,并显著改善稳定子权重。
2024-05-27 cond-mat.str-el quant-ph
Simulating quantum error mitigation in fermionic encodings
本研究针对格点费米子噪声量子模拟的编码场景,探究稳定子后选择错误缓解策略,数值验证其在42量子比特系统及多类任务中可显著提升保真度,且采样增幅不足10倍,为近期量子模拟提供助力。
2023-05-02 quant-ph
Optimal T-Count for Block Encodings of Fermionic and Spin Hamiltonians
North Carolina State University(北卡罗来纳州立大学)
本文确定了费米子和自旋哈密顿量块编码的最优T门计数,提出辅助比特压缩定理,并给出Kitaev蜂窝模型紧的Θ(n+log(1/ε))最坏情况缩放。
2026-09-11 quant-ph
Quantum simulations of Fermionic Hamiltonians with efficient encoding and ansatz schemes
我们提出了一种在量子计算机上对费米哈密顿量进行量子模拟的计算协议,使得以前用传统的编码和变分量子本征求解器(VQE)的ansatses不可行的计算成为可能。我们结合了量子比特效率的编码方案映射斯莱特决定因素到量子比特与修改后的量子比特耦合集群anastrophic和噪声缓解技术。我们的策略导致电路门数的缩放和所需的变分参数的数量减少,从而增加了对噪声的弹性的大幅改善。我们提出了量子技术感兴趣的自旋缺陷的结果,超越了金刚石中带负电荷的氮空位中心和4 H碳化硅(4 H-SiC)中的双空位的最小模型,并首次解决了4 H-SiC中带负电荷的硅空位这样复杂的缺陷。
2023-02-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Mitigating Phase Correlations in Quantum Key Distribution Using Path-Selection Modulation
针对 QKD 中电光相位编码产生的相位相关性脆弱点,本文提出路径选择调制光源,以随机选路替代有源相位调制,并在 1 GHz 时钟速率下完成实验表征。
2025-09-23 quant-ph
Many-Fermion Simulation from the Contracted Quantum Eigensolver without Fermionic Encoding of the Wave Function
量子计算机在多费米子量子系统的量子模拟方面比经典计算机具有潜在的指数优势。尽管如此,由于费米子编码--一种用费米子统计编码量子比特的映射,费米子的模拟比玻色子更昂贵。在这里,我们推广的压缩量子本征解(CQE),以避免费米子编码的波函数。与变分量子本征求解器相比,CQE通过最小化薛定谔方程到两个费米子上的收缩(投影)来求解多费米子定态。通过将薛定谔方程压缩到一对未编码的粒子上,我们避免了对波函数的费米子编码。通过一系列未编码的两体指数变换的压缩方程的解产生未编码的波函数,从该波函数可以计算能量和双费米子约化密度矩阵(2-RDM)。我们将未编码和编码的CQE算法应用于氟化氢分子,氧O $_{2}$的解离,以及一系列的氢链。这两种算法都表现出相当的收敛到确切的基态能量和2-RDM,但未编码的算法具有计算优势的状态准备和断层扫描。
2022-05-03 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
On the stability to noise of fermion-to-qubit mappings
Phasecraft Ltd.(Phasecraft有限公司)
研究费米子到量子比特映射在噪声下的稳定性,发现局部编码在空间衰减相关性足够时具有鲁棒性,而非局部编码无法实现此稳定性。
2026-03-23 quant-ph
Fermihedral: On the Optimal Compilation for Fermion-to-Qubit Encoding
本文提出编译器框架Fermihedral,利用Pauli代数将费米子到量子比特编码转化为布尔可满足性问题求解,并设计近似策略应对大规模场景,大幅降低电路成本并提升真实量子设备上的模拟精度。
2024-03-27 cs.ET quant-ph
Encoding Majorana codes
本文提出利用稳定子矩阵和费米子 Clifford 高斯消元计算 Majorana 码幺正编码电路的两种算法,一种借助辅助模式适用于所有 Majorana 稳定子码,另一种不使用辅助模式但在总宇称属于稳定子群时失效。
2025-08-18 quant-ph
Experimental Demonstration of Break-Even for the Compact Fermionic Encoding
本文实验证明紧凑费米子编码可克服指数开销,通过新编译方案“角跳跃”降低42%成本,在48量子比特上模拟6x6费米-哈伯德模型,并开发两种错误缓解方案,表明数字量子计算机可处理超出经典模拟的模型。
2024-09-10 cond-mat.str-el quant-ph
Ladder Operator Block-Encoding
Tufts University(塔夫茨大学)
LOBE通过直接作用于量子态实现高效块编码,减少非克利福德操作和量子比特数量,适用于量子场论中的多种模型。
2025-12-16 quant-ph
Fermionic quantum computation
我们定义了一个模型的量子计算与本地费米子模式(LFM)-网站可以是空的或占据的费米子。利用$m$ LFM的Foch空间与$m$量子位的Hilbert空间之间的标准对应,一个费米子门的模拟需要$O(m)$量子位门,反之亦然。我们表明,使用不同的编码,模拟成本可以减少到$O(\log m)$和一个常数,分别。有界度图上的最近邻费米子门可以以常数代价进行模拟。我们还研究了用马约拉纳费米子计算,马约拉纳费米子基本上是LFM的一半。与量子位量子码的一些联系。
2000-04-01 quant-ph
Neural Network Assisted Fermionic Compression Encoding: A Lossy-QSCI Framework for Resource-Efficient Ground-State Simulations
提出Lossy-QSCI框架,结合Chemical-RLE压缩量子态与NN-FED解码,降低量子比特需求并克服测量挑战,实现资源高效的基态模拟。
2025-09-16 physics.chem-ph quant-ph
A Sierpinski Triangle Fermion-to-Qubit Transform
本文基于新发现的 Sierpinski tree 数据结构提出一种费米子到量子比特编码,兼具 ternary tree 的算符局域性与计算基态表示优势。
2024-09-06 quant-ph
Asymptotically Optimal Depth Fermionic Permutation on 2D Grid Quantum Architecture without Ancillas
Yale University(耶鲁大学);Yale Quantum Institute, Yale University(耶鲁量子研究所)
针对二维网格架构,提出一种无需辅助量子比特、中间测量或经典前馈的费米子置换协议,实现最优的O(√N)深度和O(N√N)近邻门,并扩展到三种费米子编码间的转换,在早期容错量子计算中显著降低深度、时空体积和保真度损失。
2026-09-09 quant-ph
Qubits in second quantisation in fermionic simulators
École polytechnique, Institut Polytechnique de Paris(巴黎综合理工学院,巴黎理工学院)
本文提出在二次量子化框架中将费米子模式配对为量子比特,以高效模拟费米子系统并解决测量问题。
2025-12-12 quant-ph
From Fermions to Qubits: A ZX-Calculus Perspective
本文利用ZX演算建立图形化框架,统一费米子到量子比特的多种映射表示,并证明三叉树映射等价于线性编码,同时给出计算二进制矩阵和识别局部编码稳定子的方法。
2025-05-09 quant-ph
Majorana Tensor Decomposition: A unifying framework for decompositions of fermionic Hamiltonians to Linear Combination of Unitaries
本文提出了Majorana张量分解(MTD)框架,统一了现有的LCU分解方法,并利用低秩张量分解技术为电子结构哈密顿量提供新的分解途径。
2024-10-15 physics.chem-ph quant-ph
Operator Locality in Quantum Simulation of Fermionic Models
用量子比特模拟费米子晶格模型需要将费米子自由度映射到量子比特。完成这项任务的最简单的方法是乔丹-维格纳变换,它产生了作用于大量量子比特的泡利算符串。这种开销可能会阻碍基于量子位的量子模拟器的实现,特别是在模拟环境中。因此,在这里,我们回顾和分析替代的费米子到量子比特映射,包括Bravyi和Kitaev的两种方法和辅助费米子变换。的Bravyi-Kitaev变换的经典数据结构和推广方面,以实现局部费米模型的矩形格子上的局部性进一步改善。我们的结论是,最紧凑的编码的费米子运营商可以使用辅助量子比特与辅助费米子计划。在不引入Ancillas的情况下,Bravyi-Kitaev变换的变体为Hubbard模型提供了最紧凑的费米子到量子比特映射。
2017-01-24 quant-ph
Reducing the qubit requirement of Jordan-Wigner encodings of $N$-mode, $K$-fermion systems from $N$ to $\lceil \log_2 {N \choose K} \rceil$
本文针对粒子数守恒的 $N$ 模式、$K$ 费米子系统,证明可将 Jordan-Wigner 编码所需量子比特数压缩至信息论下限 $\lceil \log_2 {N \choose K} \rceil$,从而提升近期量子硬件模拟分子与多体系统的可行性。
2023-08-15 quant-ph
Optimised Fermion-Qubit Encodings for Quantum Simulation with Reduced Transpiled Circuit Depth
University College London(伦敦大学学院);UCL Centre for Advanced Research Computing(伦敦大学学院高级计算研究中心)
本文提出一种确定性方法,优化三元树类编码以减少Pauli权重,无需额外辅助量子比特或交换门开销,并展示了其在多种编码方法上的应用效果。
2026-04-29 cs.ET quant-ph
Adiabatic Quantum Computation with the Fermionic Position Space Schrödinger Equation
本文提出一种在有限体积周期晶格上编码费米子位置空间薛定谔方程的方法,通过算符过滤和纠缠小工具实现拉普拉斯算符的高效构造,并保证多项式时间复杂度。
2023-10-11 nucl-th quant-ph
Error mitigation via error detection using Generalized Superfast Encodings
本文提出在Bravyi-Kitaev超快编码中嵌入量子检错码的量子化学模拟错误缓解方法,并证明其在无自旋Hubbard模型上可高概率检测错误且适用于现实量子比特连通性条件。
2023-09-20 quant-ph
Low-gate-count block encodings for second-quantized fermionic Hamiltonians
Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室);University of Minnesota(明尼苏达大学);Duke University(杜克大学);Georgetown University(乔治城大学);University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);Google Quantum AI(谷歌量子AI)
本文提出新的块编码构造方法,通过SWAP架构和SELECT-SWAP架构降低T门复杂度至$\tilde{\mathcal{O}}(\sqrt{L})$,并直接编码粒子子空间,减少次归一化因子,为早期容错量子模拟多体系统提供低资源开销路径。
2026-09-17 cs.NA math.NA quant-ph
Mitigating Exponential Mixed Frequency Growth through Frequency Selection
Department of Computer Science, LMU Munich, Germany(慕尼黑大学计算机科学系);Aqarios GmbH, Munich, Germany(慕尼黑Aqarios公司)
本文研究了量子角度编码中频率选择对训练性能的影响,发现非唯一频率主导梯度景观,通过频率选择限制模型频谱提升性能,尤其在高维和高频场景中表现优异。
2026-05-07 cs.LG quant-ph
Investigating Interacting Fermionic Models with Locality-Preserving Qubit Encodings
Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所);University of Southampton(南安普顿大学);Central China Normal University(华中师范大学)
本文研究保持局域性的DK费米子-量子比特映射,结合约束保持的Clifford态制备与对称性保持的变分电路,实现高维相互作用费米子模型的资源高效量子模拟。
2026-09-16 cond-mat.stat-mech hep-lat quant-ph
Ternary tree transformations are equivalent to linear encodings of the Fock basis
本研究针对费米子-量子比特映射中三叉树变换与线性编码两类方法体系独立、符号不统一的问题,提出通用描述框架,证明所有保乘积的三叉树变换均等价于Fock基的线性编码,厘清了两类方法的内在关联。
2024-12-10 quant-ph
Matrix Elements of Fermionic Gaussian Operators in Arbitrary Pauli Bases: A Pfaffian Formula
本文针对任意泡利乘积态之间费米子高斯算符矩阵元计算难题,引入符号编码矩阵并利用其对应的so(2L)李代数结构,推导出一般且显式的普法夫公式,为量子层析、纠缠动力学及匹配门计算等提供可扩展计算框架。
2025-06-03 quant-ph
Fermion-to-qubit encodings with arbitrary code distance
本研究提出一种框架,通过将低距离编码以拓扑缺陷形式嵌入表面码,可在不增加稳定子权重的情况下任意缩放费米子到量子比特编码的码距,引入最优阶梯编码、穿孔编码,且策略可扩展至其他拓扑码。
2025-05-20 quant-ph
Efficient Simulation of Sparse, Non-Local Fermion Models
Max-Planck-Institut für Quantenoptik(马克斯·普朗克量子光学研究所);Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)(慕尼黑量子科学与技术中心)
本文提出一种编码方法,通过引入辅助费米子消除约当-魏格纳字符串,实现稀疏费米模型在量子比特硬件上的高效模拟,将电路深度从乘法O(log N)过载转为加法过载。
2026-04-29 quant-ph
Putting fermions onto a digital quantum computer
Sandia National Laboratories(桑迪亚国家实验室);DAMTP, Centre for Mathematical Sciences, University of Cambridge(剑桥大学数学科学中心 DAMTP);Department of Physics and Astronomy, Dartmouth College(达特茅斯学院物理与天文学系);Joint Center for Quantum Information and Computer Science, University of Maryland(马里兰大学量子信息与计算科学联合中心);School of Physics, University of Sydney(悉尼大学物理学院);Department of Chemistry, Rice University(莱斯大学化学系);Department of Physics and Astronomy, Rice University(莱斯大学物理与天文学系);Department of Computer Science, University of Oxford(牛津大学计算机科学系)
本文探讨了在数字量子计算机上模拟费米子系统的方法,挑战了多维费米子系统更难处理的观念。
2026-02-06 quant-ph
A Compact Fermion to Qubit Mapping Part 2: Alternative Lattice Geometries
在最近的工作[arXiv:2003.06939v2]中,引入了一种新的费米子到量子比特的映射-称为紧凑编码-它在量子比特到模式的比率和映射算子的局部性方面优于所有以前的局部映射。在那里,编码被证明为正方形和六边形晶格。在这里,我们提出了一个扩展的工作,说明如何将紧凑的编码应用到其他规则格。我们给出的结构紧凑的编码的变种上的所有定期平铺最大程度4。这些构造产生泡利权重至多为3的边缘算子,并且每个费米子模式使用少于1.67个量子比特。此外,我们还演示了如何将紧凑编码应用于立方晶格,产生泡利权重不大于4的边缘算子,每个模式使用约2.5个量子比特。为了正确分析这些格上的紧凑编码,需要一个更一般的群论框架,我们在这项工作中详细说明。我们希望这个框架能更普遍地用于费米子到量子比特映射的设计。
2021-01-26 quant-ph
Hardware-efficient fermionic simulation with a cavity-QED system
在量子比特费米子模型的数字量子模拟中,经常会遇到非定域映射的编码问题。这样的映射在电路深度上需要线性或对数开销,对于给定的去相干时间,这可能使仿真无用。在这里,我们将展示如何使用腔QED系统进行数字量子模拟的费米子模型。特别是,我们表明,高度非本地的Jordan-Wigner或Bravyi-Kitaev变换可以有效地实现通过硬件的方法。关键的想法是使用辅助腔模式,这些模式分散地耦合到量子比特串,以共同操纵和测量量子比特状态。我们的计划减少了电路深度在每个Trotter步骤的乔丹-维格纳编码的一个因素的$N^2$,相比,只有本地连接的设备的计划,其中$N$是一个通用的两体哈密顿的轨道数。对$N\times N$正方形晶格上的费米-哈伯德模型的附加分析得到了类似的简化.我们还讨论了我们的计划与超导量子比特和腔的详细实施。
2018-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
TARE: Block Encoding Linear Combinations of Pauli Strings Without Ancilla State Preparation
Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO(弗劳恩霍夫工作经济与组织研究所);Universität Stuttgart, Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT(斯图加特大学劳动科学与技术管理研究所);Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF(弗劳恩霍夫应用固体物理研究所);Albert-Ludwigs-Universität Freiburg(弗赖堡阿尔伯特·路德维希大学)
TARE通过将系数幅度整合到由互反交换的Pauli字符串构成的单位ary中,实现Pauli字符串线性组合的块编码,减少T门数量并改善电路深度,适用于多种量子系统。
2026-05-13 quant-ph
Qubit-efficient encoding scheme for quantum simulations of electronic structure
在量子计算机上模拟电子结构需要将费米子系统编码到量子比特上。常见的编码方法将$N$自旋轨道的费米子系统转换为$N$ -量子比特系统,但是许多费米子配置不遵守系统所需的条件和对称性,因此在这种情况下量子比特希尔伯特空间可能具有非物理状态,因此不能被充分利用。我们提出了一个广义的量子比特有效编码(QEE)方案,该方案要求量子比特数在满足所需条件和对称性的配置数中仅为对数。对于只考虑粒子守恒和单重态组态的情况,我们将量子比特数减少到$\mathcal O(m\log_2N)$的上限,其中$m$是粒子的数量。该QEE方案在6- 31 G基组的H $_2$分子和STO-3G基组的LiH分子上使用比常见编码方法更少的量子比特来证明。我们使用一个变分量子本征求解器算法和一个硬件高效的模拟电路来计算基态能量表面。我们选择使用一个硬件有效的animator,因为在我们的计划中的希尔伯特空间的大部分是由所需的配置,所以本征态的启发式搜索是明智的。在IBM Quantum机器和Qiskit模拟器上进行模拟,其中噪声模型从IBM Quantum机器实现。使用测量误差减少和无误差线性外推的方法,我们证明了使用我们的QEE方案的外推能量的分布与在给定的基组中通过Hamilton对角化获得的精确结果在化学精度范围内一致。我们提出的方案和结果表明,量子模拟的可行性较大的分子系统在噪声的中间尺度量子(NISQ)时代…
2022-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
A fermionic code related to the exceptional group $E_8$
本文研究了Hastings最近提出的将三个量子比特编码成十六个Majorana模的类Hamming费米码。我们表明,虽然这个费米代码不能从一个单一的量子位稳定剂代码通过通常的程序,但是,它可以从两个,量子位稳定剂的胶合过程相结合的单和双占用嵌入到费米福克空间。该技术将代码子空间识别为最大例外组$E_8$的Cartan子空间。在达到这些结果,我们开发了一个通用的形式主义,通过使用不同的子部门之间的Fock空间实现嵌入式量子位的缠绕实现这种胶合过程。
2018-01-22 hep-th math-ph math.MP
Majorana loop stabilizer codes for error correction of fermionic quantum simulations
保持几何局部性的费米子到量子比特映射对于模拟晶格费米子模型(例如,哈伯德模型)。它们避免了与映射中的几何非局部奇偶项相关的开销,例如Jordan-Wigner变换和Bravyi-Kitaev变换。因此,它们通常提供具有较低深度和门复杂度的量子线路。在这样的编码中,费米子态被编码在一组稳定子的公共+1本征空间中,类似于稳定子量子纠错码。在这里,我们讨论几个已知的几何局部保持映射和它们的能力,以纠正/检测单量子比特错误。我们引入了一个几何局部保持映射,其稳定子对应于费米子跳跃图的闭路径上的Majorana算子的乘积。我们表明,我们的代码,我们称之为马约拉纳回路稳定器代码(MLSC)可以纠正所有的单量子位错误的2维正方形晶格,而以前的几何局部保持代码只能检测到单量子位错误相同的晶格。与现有代码相比,MLSC将相关的费米子算子映射到较低权重的量子比特算子,尽管具有更高的代码距离。超越晶格模型,我们证明了MLSC与模拟量子化学的最先进算法兼容,并且可以为这些模拟提供相同的纠错特性,而无需额外的渐近开销。这些特性使得MLSC成为近期器件上费米子误差减轻量子模拟的一个有希望的候选者。
2020-08-23 quant-ph
Optimal local unitary encoding circuits for the surface code
由于表面码具有较高的阈值,并且与现有的实验结构兼容,因此它是一种领先的候选量子纠错码。Bravyi等人(2006)表明,使用局部酉运算对表面码中的状态进行编码需要至少在网格大小$L$中呈线性的时间,然而,由Dennis等人(2002)引入的用于对未知状态进行编码的最有效的已知方法具有$O(L^2)$时间复杂度。在这里,我们提出了一个最佳的本地酉编码电路的平面表面码,使用精确的$2L$时间步长编码的距离$L$平面码中的未知状态。我们进一步展示了如何$O(L)$复杂性本地酉编码器的复曲面代码可以通过强制执行本地的$O(\log L)$深度非本地重正化编码器。我们通过提供$O(L)$局部酉电路来在复曲面码和平面码之间进行转换来关联这些技术,并且还提供用于矩形、旋转和3D表面码的最佳编码器。此外,我们展示了如何我们的编码电路的平面代码可以用来准备费米态的紧凑的映射,最近推出的费米子量子比特映射,具有类似的稳定器结构的表面码,是特别有效的模拟费米-哈伯德模型。
2021-08-06 quant-ph
Near-Term Fermionic Simulation with Subspace Noise Tailored Quantum Error Mitigation
IQM Quantum Computers(IQM量子计算机公司);Ludwig-Maximilians-Universität München(慕尼黑大学);Universidad Autónoma de Madrid(马德里自治大学)
本文提出子空间噪声定制算法,结合对称性验证和概率误差消除技术,通过模拟费米 Hubbard 模型的 Trotter 化时间演化,研究不同 QEM 和编码组合的最优状态图,扩展噪声量子计算机的费米子格点和 Trotter 步数能力。
2026-04-24 cond-mat.str-el quant-ph
Succinct Fermion Data Structures
本研究针对费米子系统量子模拟的空间与门效率优化问题,提出两种新型费米子编码数据结构,几乎达到信息论最小量子比特下界,在不同参数区间分别实现空间与门复杂度的多项式或指数级提升。
2024-10-05 quant-ph
A new twist on the Majorana surface code: Bosonic and fermionic defects for fault-tolerant quantum computation
本文提出马约拉纳表面码中扭曲缺陷的统一框架,证明其可编码两倍拓扑保护信息,并实现通用计算,为容错量子计算开辟新路径。
2024-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Resonant two-qubit gates for fermionic simulations with spin qubits
本文提出用单脉冲结合基带与共振交换驱动在自旋量子比特中实现 fSim 门集,并在锗空穴自旋上实现保真度 93.8(5)% 的共振 iSWAP 门,为自旋量子处理器提供了通用高效的双量子比特门方案。
2025-07-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fermion-to-Fermion Low-Density Parity-Check Codes
Tsinghua University(清华大学);Hefei National Laboratory(合肥国家实验室)
本文提出了一种利用费米子到费米子低密度奇偶校验码进行容错量子计算的协议,通过奇重量逻辑Majorana算子实现高效的错误抑制和状态传输。
2026-02-18 cs.DS quant-ph
Fermionic Simulators for Enhanced Scalability of Variational Quantum Simulation
针对费米子系统的变分基态模拟,本文比较了费米子与量子比特模拟器的资源效率,证明费米子模拟器在电路深度、优化参数与迭代次数上均优于量子比特模拟器,且该优势随系统规模和相互作用增强而扩大。
2023-11-11 cond-mat.str-el quant-ph
Mitigating Precision Errors in Quantum Annealing via Coefficient Reduction of Embedded Hamiltonians
Waseda University(早稻田大学)
本文研究了在考虑minor-embedding约束下,三种系数缩减方法对量子退火器输出质量的影响,发现交互扩展方法有效提升样本质量,而其他方法效果有限。
2026-04-04 quant-ph
Digital quantum simulation of lattice fermion theories with local encoding
本文提出一种平台无关的局域编码数字量子模拟策略,仅用单比特和双比特门模拟开放边界费米子格点场论,并通过数值仿真在 Hubbard 梯子中观测到自旋与电荷激发的时间尺度分离。
2024-08-22 cond-mat.str-el quant-ph
Optimizing qubit resources for quantum chemistry simulations in second quantization on a quantum computer
量子计算机上的量子化学模拟遭受在量子比特的玻色子系统中编码费米子问题所需的开销。通过利用块对角的费米子哈密顿量,我们表明,所需的量子比特的数量可以减少两个或更多的因素。不需要进入希尔伯特空间的基来进行这种简化,因为所有的运算都可以在算子空间中进行。该方案被认为是一个预计算步骤,将在实际的量子模拟之前在经典计算机上执行。我们应用这个方案来减少模拟两个站点的费米-哈伯德模型和氢分子的哈密顿量所需的量子位数。然后,这两个量子系统都可以用双量子比特量子计算机来模拟。
2016-05-11 quant-ph