Clifford algebras and universal sets of quantum gates
本文应用Clifford代数构造了$n$ -量子比特系统的计算通用量子门集。它是基于著名的应用李代数连同特别简单的交换律的克利福德代数，其中规定，所有的基本元素要么可换或反可换。
2001-04-04 quant-ph
A gauge-invariant theory of small Markovian errors in quantum gate sets
Quantum Performance Laboratory, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室量子性能实验室）；Department of Physics and Astronomy, Quantum New Mexico Institute, University of New Mexico（新墨西哥大学量子新墨西哥学院物理与天文学系）；IonQ
该研究针对量子门集缺乏良好规范不变参数化的问题，提出了门集中小马尔可夫误差的微扰规范不变参数化方法，构建了一阶规范不变性质的向量空间，可用于参数化无规范自由度的门集并提取近似规范不变的误差度量。
2026-08-18 quant-ph
Characterizing Universal Gate Sets via Dihedral Benchmarking
提出一种二面体基准测试协议，通过放宽酉2-设计条件来表征非Clifford门的错误率，结合现有方案实现了独立于态制备和测量错误的通用门集表征，并支持对T门的直接基准测试。
2025-08-13 quant-ph
Restrictions on Transversal Encoded Quantum Gate Sets
传输门以其结构简单和对噪声的鲁棒性在容错量子计算理论中发挥着重要作用。根据定义，横向算子不耦合同一代码块内的物理子系统。因此，这样的算子不会在代码块内传播错误，因此是容错的。尽管如此，确保容错的其他方法是必要的，因为它是不变的情况下，一些编码门不能实现横向。这一观察导致了一个长期存在的猜想，即横向编码门集不可能是普适的。在这里，我们表明，量子代码检测任意错误的任何单个物理子系统的能力是不兼容的存在一个普遍的，横向编码门设置的代码。
2009-07-09 quant-ph
Demonstrating scalable randomized benchmarking of universal gate sets
本文提出基于随机镜像电路的可扩展随机基准测试技术，可对包含非Clifford门的通用门集进行基准测试，并在4量子比特和27量子比特设备上验证其可扩展性，量化了串扰对错误率的影响。
2023-10-11 quant-ph
Improving fidelity of multi-qubit gates using hardware-level pulse parallelization
本文提出在硬件层面并行化预校准脉冲以优化多量子比特门，通过$R_{ZX}$门实验验证，该方法相比串行串联可提高保真度（从98.16%到99.15%）并减少门时间，且适用于CNOT、CZ门及多种量子任务。
2023-12-20 quant-ph
Universal Sets of Quantum Gates for Detected Jump-Error Correcting Quantum Codes
针对最近发展起来的跳纠错量子码，构造了一组通用的量子门。这些量子代码能够纠正由可区分的量子比特自发衰变到统计独立的库中所产生的错误。建议的通用量子门的帮助下构造的海森堡和伊辛型哈密顿作用于这些物理量子比特。这样就保证了即使在应用这些量子门之一时，相关的纠错码空间在任何时候都不会被留下。所提出的纠缠门特别适合于可扩展的量子处理单元，其基本寄存器基于四量子比特系统。
2002-08-30 quant-ph
Improving photon detector efficiency using a high-fidelity optical CNOT gate
光学量子计算的一个重要问题是效率低下或不准确的光电探测器。可以使用CNOT门来改进检测器，方法是制造一个大的猫态，然后测量该状态下的每个量子位。在本文中，我们开发了一个代码，比较五种不同的方案进行多次测量，其中一些是能够检测到的损失，其中一些没有。我们探索了这些方案中的每一个在存在不同错误的情况下如何执行，并推导出一个公式来找出量子比特丢失的概率是多少，值得检测丢失，以及在什么概率下这只会导致比丢失引入更多的错误。
2015-01-07 quant-ph
Context-aware gate set tomography: Improving the self-consistent characterization of trapped-ion universal gate sets by leveraging non-Markovianity
本研究针对捕获离子设备，通过微观建模将上下文依赖性纳入门层析成像参数化，降低采样成本，提出上下文感知GST以改进非马尔可夫噪声下的自洽表征。
2025-09-24 quant-ph
Two-Qubit Gate Synthesis via Linear Programming for Heterogeneous Instruction Sets
提出GULPS方法，通过分段Cartan轨迹和混合LP-数值优化，将任意双量子比特酉矩阵编译为异构原生门集，实现跨参数化指令集的稳健综合，提供可扩展的ISA感知编译策略。
2025-05-01 quant-ph
Improving Performance of an Analog Electronic Device Using Quantum Error Correction
使用模拟经典系统进行计算通常被认为是一个困难的命题，由于这些设备对噪声的敏感性和缺乏一个明确的框架来实现容错。我们目前的实验结果应用量子纠错（QEC）技术的原型模拟计算设备称为量子仿真设备。它示出，对于测试的门（横向$Z$，$X$和$SH$）有一个显着的改善，在使用5-量子位完美码纠错后的门操作的性能特性。在$Z$门的情况下，中值保真度从0.995提高到0.99998，门误差减少了两个数量级以上。其他横向门同样表现出很大的改进。
2021-04-24 quant-ph
Quantum compiling with diffusive sets of gates
给定一组量子门和目标幺正操作，量子编译的最基本任务是识别将目标幺正近似到确定精度$\varepsilon$的门序列。Solovay-Kitaev定理提供了一个优雅的解决方案，它基于围绕由连续更长的门序列组成的单位构建连续更紧的“网”。根据这一定理，构造网的过程也需要门的逆的可达性。在这项工作中，我们提出了一种方法来构建网络周围的统一没有这个要求。算法程序是适用于集门是扩散足够的，在这个意义上，中等长度的序列覆盖空间的酉矩阵以统一的方式。我们证明，门的数量足以达到一个精确的$\varepsilon$规模为$ \log (1/\varepsilon )^{\log 3 / log 2} $，而预编译时间增加相比，Solovay-Kitaev算法的指数因子3/2。
2018-07-25 quant-ph
Minimising statistical errors in calibration of quantum-gate sets
本研究针对量子门校准的统计误差问题，拓展GSC协议，通过统计分析测量不确定性、设计最优测量设置，新增两个单量子比特门即可将CNOT门校准误差减半以上，提升了量子门校准的精度与物理可实现性。
2023-07-21 quant-ph
Quantum algorithms for spin models and simulable gate sets for quantum computation
我们提出了经典晶格模型和量子线路之间的初等映射。这些映射提供了一个通用的框架，以获得有效的模拟量子门集从精确可解的经典模型。例如，我们通过调用自由费米子八顶点模型的可解性来恢复和推广Valiant的匹配门的可模拟性。我们的映射还提供了一种系统的形式，以获得简单的量子算法来逼近某些复杂参数区域中晶格模型的配分函数。例如，我们提出了一个有效的量子算法的六顶点模型以及一个二维伊辛型模型。最后，我们证明了在经典计算机上模拟我们的量子算法与模拟通用量子计算（即BQP-完全）一样困难。
2008-05-08 quant-ph
Continuous quantum gate sets and pulse class meta-optimization
减少量子线路的电路深度是实现量子技术的关键瓶颈。该深度与已经合成的可用量子门的数量成反比。此外，量子门综合和控制问题表现出广泛的外部参数依赖性，物理和应用特定的。在这篇文章中，我们解决的可能性，学习家庭的最佳控制脉冲，自适应地依赖于各种参数，以获得一个全球性的最佳映射从空间的潜在参数值的控制空间，因此连续类的门。我们提出的方法进行了测试，不同的实验相关的量子门，并证明能够产生高保真脉冲，即使在存在多个变量或不确定的参数范围很广。
2022-12-13 quant-ph
Universality of a standard two-qubit gate by catalytic embedding
Centre for Quantum Mathematics, University of Southern Denmark（南丹麦大学量子数学中心）
通过催化嵌套，研究发现受控-V门可实现通用量子计算，以最小开销模拟标准门集并提供合成算法。
2026-02-21 quant-ph
Improving Qubit Routing by Using Entanglement Mediated Remote Gates
Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）；IonQ Canada（IonQ加拿大）
本研究提出利用EPR介导的远程门优化量子比特路由，通过高效编译器减少编译电路的门数和深度。
2024-09-16 quant-ph
Quantum CISC Compilation by Optimal Control and Scalable Assembly of Complex Instruction Sets beyond Two-Qubit Gates
我们提出了一个量子CISC编译器，并展示了如何组装复杂的指令集在一个可扩展的方式。通过优化复杂的多量子位指令集来扩大通用门的工具箱，从而为现实设置的退相干铺平了道路。将一个量子模块编译成机器代码来操纵一个具体的量子硬件设备，这使得它可以通过最优量子控制来解决。为此，有两种相反的方法：（i）可以使用通用单量子位门和双量子位门的受限指令集（RISC）的分解，这反过来又具有到机器代码的预制翻译，或者（ii）可以更喜欢直接通过可用控制的复杂指令集（CISC）生成整个目标模块。在这里，我们提倡直接编译到一个经典的高性能并行计算机集群可以合理处理的系统大小的限制。为了超越这些限制，即对于大型系统，我们提出了一种组合方式，即（iii）递归使用量子CISC编译器意义上的最优控制生成的中型构建块。在并行集群HLRB-II（总LINPACK性能为63.3 TFlops/s）上，针对量子傅里叶变换、间接SWAP门以及乘法控制CNOT门，探索了该方法相对于标准RISC编译成单量子位和双量子位通用门的优势。上限的时间复杂度的影响也来自。
2008-12-22 quant-ph
Randomized Benchmarking with Restricted Gate Sets
标准的随机基准测试协议需要从一元2设计中取样，这并不总是实用的。在这篇文章中，我们研究随机基准协议的基础上的Clifford组，不是单一的2设计。我们介绍了一个一般的方法来分析这样的协议，并随后将其应用到两个子群，控制非，Hadamard和泡利门所产生的组和仅控制非和泡利门所产生的组。在这两种情况下，错误概率可以被估计为在2或更小的因子内，其中该因子可以被布置为保守的并且在量子位的数量上指数地衰减。对于逻辑量子比特的随机化基准测试，通常将获得甚至更好的准确度。因此，我们表明，抽样的分布是接近一元2设计，虽然足够的，是没有必要的随机基准测试的高精度。
2018-01-12 quant-ph
Exact synthesis of single-qubit unitaries over Clifford-cyclotomic gate sets
推广了Kliuchnikov，Maslov和Mosca提出的Clifford + T门上单比特幺正的精确合成算法.他们的算法以一个可精确合成的单量子比特幺正（unitary）作为输入--一个可以毫无错误地表示为Clifford门和T门的乘积--并输出一个实现它的门序列。该算法是最优的，因为序列的长度（由T门的数量衡量）是尽可能最小的。本文对每一个正偶数$n$，考虑由Clifford群加上$\fracπ{n}$的z旋转构成的"Clifford分圆"门集.我们提出了一个有效的精确合成算法，输出的分解使用的最小数量的$\fracπ{n}$ z-旋转。对于Clifford + T情形$n=4$，证明了可精确综合的酉群等于环$\mathbb{Z}[e^{i\fracπ{n}},1/2]$上的元酉群。我们证明，这种特性适用于少数其他小值的$n$，但分数的积极甚至整数，它未能举行是100%。
2015-10-06 quant-ph
Improving the gate fidelity of capacitively coupled spin qubits
电容耦合的半导体自旋量子位有望成为可扩展的量子计算架构的构建块，其中远程量子位之间具有长距离耦合。然而，迄今为止，在实验中实现的两量子位门的性能受到来自电荷噪声和与核自旋的超精细相互作用的退相干的严重限制，并且目前对于任何可想象的多量子位门操作都是不可接受的低。在这里，我们提出了控制协议，实现两个量子比特纠缠门，同时大大抑制由于这两种类型的噪声的错误。这些协议是通过对实验室中已经使用的控制序列进行简单修改而获得的，因此应该很容易立即进行实验实现。与现有的鲁棒单量子位门控制协议一起，我们的结果构成了在半导体平台中使用自旋量子位进行可扩展量子计算的重要一步。
2015-05-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Constructing Smaller Pauli Twirling Sets for Arbitrary Error Channels
在量子纠错码的差错阈值估计中，旋转是一种广泛用于将任意噪声信道转换为泡利信道的技术。它在实际实验和经典量子模拟中都是非常有用的。最小化旋转门集合的大小增加了模拟的效率，并且在实验中，它可能减少所需的运行次数和电路深度（以及因此的错误负担）。传统的旋转使用泡利门的全集作为旋转门的集合。本文提供了泡利旋转的理论背景，并提供了一种方法来构造一个旋转门集，该旋转门集的成员数量与给定误差通道的泡利基的大小相当，通常比泡利门的全集小得多。我们还表明，旋转是等同于稳定器的测量与丢弃的测量结果，这使我们能够进一步减少旋转门集的大小。
2018-09-12 quant-ph
Quantum Circuit Pruning: Improving Fidelity via Compilation-Aware Circuit Approximation
Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）；Universitat Politècnica de València（瓦伦西亚理工大学）
本文提出一种编译感知的量子电路剪枝方法，通过减少两量子门数量和提升保真度来优化NISQ设备性能。
2026-01-19 quant-ph
Improving quantum gate performance through neighboring optimal control
在量子比特系统上成功实现容错量子计算对用于控制多量子比特状态的硬件提出了严格的要求。已知对于要在这样的计算中使用的任何量子门存在准确度阈值$P_{a}$。具体地说，这种门的错误概率$P_{e}$必须低于精度阈值：$P_{e} < P_{a}$。尽管$P_{a}\sim 10^{-4}$已成为硬件设计人员的一个具有挑战性的目标，但对$P_{a}$的估计差异很大。在本文中，我们提出了一个理论框架的基础上相邻的最优控制，作为输入的一个好的量子门，并返回一个新的门具有更好的性能。我们说明了这种方法，将其应用到所有的门在一个通用的一组量子门使用非绝热快速通过，已出现在文献中。性能改进是实质性的，无论是理想的和非理想的控制。在下面详细描述的合适条件下，所有门错误概率都远低于$10^{-4}$的目标阈值。
2014-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient Discrete Approximations of Quantum Gates
量子编译解决了用从特定有限集合中提取的一串门来近似任意量子门的问题。它已被证明，这是可能的，几乎所有的基集的选择，此外，所需的门的数量精度为1/1的多项式。在这里，我们证明了使用某些组的基门量子编译需要一个字符串长度是线性的log 1/1，结果匹配的下限从计数量到常数因子。
2002-07-11 quant-ph
Improving Zero-noise Extrapolation for Quantum-gate Error Mitigation using a Noise-aware Folding Method
Pukyong National University（釜庆国立大学）
本文提出一种噪声感知折叠方法，通过更高效地折叠电路提升量子门误差缓解中的零噪声扩展效果，在量子计算机模拟器和真实设备上分别实现了35%和31%的性能提升。
2024-05-14 quant-ph
Quantum algorithms for solving a drift-diffusion equation: analysing circuit depths
University of Warwick（华威大学）；Fujitsu UK Ltd（富士通英国有限公司）
本研究比较五种量子门集在求解二维漂移-扩散方程时的电路深度，发现空间维度扩展因块编码开销而低效，且STAR门集下最小实例已超当前硬件极限。
2025-09-25 quant-ph
Universality for Sets of Three-Valued Qubit Gates
如何找到泛集量子门（其组成可以在给定范围内形成任何其他门的门）是量子计算科学发展的一个重要组成部分，在过去已经进行了成功的探索。然而，在将这一理论扩展到量子比特的推广方面并没有太大的发展，量子比特被称为quregister，或者我们在这里称之为qunits（量子信息单位，类似于量子比特，使用任何自然数n的基态，而不是像量子比特那样使用2）。在本文中，我们将首先做一个回顾的理论背后的一些必要的证明量子门的普遍性量子比特门。之后，我们将展示一种新的方法，以类似的方式将这些陈述扩展到任意quutrit门。
2021-10-16 cs.ET quant-ph
Improving and benchmarking NISQ qubit routers
本文针对NISQ量子计算机中量子比特路由问题，提出基于SABRE算法的新路由方法，并在不同连通性下进行基准测试，实现大型器件平均电路保真度最高84%的提升。
2025-02-06 quant-ph
Leakage Benchmarking for Universal Gate Sets
针对量子计算中泄漏误差难检测纠正的问题，提出LRB及iLRB基准测试框架，可更准确高效地测量多量子比特系统与通用门的泄漏率，数值实验验证了其可行性。
2024-04-18 quant-ph
Clifford+V synthesis for multi-qubit unitary gates
The University of Tokyo（东京大学）；Communication Science Laboratories, NTT, Inc.（NTT株式会社通信科学实验室）；NTT Research Center for Theoretical Quantum Information, NTT, Inc.（NTT株式会社理论量子信息研究中心）
我们开发了一个通用的框架，通过使用一组有限的基本门，这是量子编译中的关键一步合成目标门。当在SU（$n$）中近似门时，朴素蛮力搜索需要$O(1/\varepsilon^{(n^2 - 1)})$的计算复杂度来实现具有误差$\varepsilon$的近似。相比之下，通过使用我们的方法，复杂度可以降低到$O(-n^2 \log\varepsilon/\varepsilon^{((n^2 - 1)/2)})$。该方法几乎不需要任何假设，可以应用于各种门集，包括Clifford+ $T$和Clifford+ $V$。此外，我们介绍了一个次优的，但运行时间短的算法，用于合成多量子比特控制门。这种方法突出了子群结构在降低合成复杂性方面的作用，并开辟了多量子比特门编译的新研究方向。该框架广泛适用于不同的通用门集，我们的分析表明，它可以作为近期架构中资源高效的量子编译的基础。
2025-10-09 quant-ph
Self-Testing of Universal and Fault-Tolerant Sets of Quantum Gates
我们考虑量子门的自测试器的设计。一种用于门F_1，.，F_m是经典过程，给定任何门G_1，.，G_m，以高概率决定每个G_i是否接近F_i。这个决定必须只依赖于在计算基础上测量迭代门对经典状态的影响。事实证明，我们只能为门族设计程序，而不是单独的门。为了实现我们的目标，我们借用了一些优雅的想法的理论程序测试：我们的特点门家庭的特定属性，我们开发了一个理论的鲁棒性，并表明，他们导致自我测试。特别是，我们证明了一个Hadamard门，一个C-NOT门，和一个相位旋转门的角度π/4的通用和容错的一组门是自测试的。
2000-02-13 cs.OH quant-ph
Improving Gate-Level Simulation of Quantum Circuits
在经典计算机上模拟量子计算是一个难题。表示量子门的矩阵和建模量子比特状态的向量随着量子比特数量的增加而呈指数增长。然而，通过使用一种称为量子信息决策图（QuIDD）的新型数据结构，该结构利用了量子运算符的结构，运算符矩阵和状态向量的有用子集可以以随量子比特数多项式增长的形式表示。该子集包含但不限于n个量子比特的任何相等叠加、任何计算基态、n个量子比特泡利矩阵和n个量子比特阿达玛矩阵。然而，它不包含离散傅立叶变换（在肖尔算法中使用）和Grover算法中使用的一些预言。我们首先介绍和激励决策图和QuIDDs。然后，我们分析了QuIDD操作的运行时和内存复杂性。最后，我们通过一个通用的量子计算模拟器QuIDDPro在C++中实现的经验验证基于QuIDD的模拟。我们用QuIDDPro模拟了Grover算法的各种实例，结果表明QuIDDs渐近优于所有其他已知的模拟技术。我们的模拟还表明，众所周知的经典搜索的最坏情况下，可以绕过在许多特定情况下的数据压缩技术。
2003-11-29 quant-ph
YAQQ: Yet Another Quantum Quantizer -- Design Space Exploration of Quantum Gate Sets using Novelty Search
本文提出YAQQ工具，利用新颖性搜索和联合成本函数探索量子门集设计空间，以优化电路深度和保真度，并应用于纠错码、指令集设计和处理器编译。
2024-06-25 cs.IT cs.SC math.IT
Self-Consistent Calibration of Quantum Gate Sets
量子门的精确和自动校准是构建可靠量子计算机的关键要求。与来自退相干的误差不同，系统误差原则上可以通过调整实验参数来完全消除。在这里，我们提出了一个迭代校准例程，可以消除几个量子位上的系统门误差。一个核心要素是脉冲序列的建设，提取独立的指标，为每个线性独立的误差发生器。我们发现，退相干误差只适度降低可实现的失真由于系统误差。此外，我们研究我们的方法的收敛性进行模拟编码在一对自旋的特定量子比特。我们的研究结果表明，一个门设置230门参数可以在大约10次迭代校准后，非相干误差限制门保真度。
2021-01-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Energy, Bosons and Computational Complexity
Paderborn University（帕德博恩大学）；PhoQS（光子量子系统中心）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；DIENS, École Normale Supérieure, PSL University, CNRS, INRIA（巴黎高等师范学院，PSL大学，法国国家科学研究中心，法国国家信息与自动化研究所）
研究玻色子系统中平均光子数（能量）作为资源对计算复杂性的影响，证明能量增长可导致不可判定性，且更多能量对应更强计算能力，同时给出多项式能量计算在BQP中可模拟等上界结果。
2026-06-26 quant-ph
Simulating Universal Quantum Gate Sets on Photonic OAM Qubits: Single-Qubit and Multi-Qubit Operations via Spatial Light Modulator Phase Holography
NED University of Engineering & Technology（NED工程与技术大学）
本文基于HOLOEYE LC 2012透射式SLM，通过三通道噪声模型模拟通用单量子比特门和两量子比特纠缠门，预测保真度在0.9914-0.9936之间，并分析了噪声来源和最优工作波长。
2026-06-24 quant-ph
Designing calibration and expressivity-efficient instruction sets for quantum computing
近期量子计算（QC）系统具有有限的量子位计数、高的门（指令）错误率，并且通常支持具有一种类型的两量子位门（2 Q）的最小指令集。为了减少程序指令数量并提高应用程序的表现力，供应商已经提出并展示了更丰富的指令集的概念验证演示，如XY门（Rigetti）和fSim门（Google）。这些指令集包括由连续量子位旋转角度参数化的2 Q门类型的系列。然而，具有如此大量的门类型是有问题的，因为必须跨整个系统周期性地校准每个门类型以获得高保真度实现。这导致即使在仅使用几种门类型的当前系统上也存在大量重复的校准开销。我们的工作旨在在应用程序表现力和校准开销之间进行权衡，并确定供应商应该实现哪些指令以在可接受的校准时间内获得最佳表现力。我们开发了NuOp，一种基于数值优化的灵活编译通道，可以有效地将应用程序操作分解为任意硬件门类型。使用NuOp和四个重要的量子应用程序，我们研究了Rigetti和Google的指令集建议，以及真实的噪声模拟和校准模型。我们的实验表明，实现4-8种类型的2 Q门足以达到几乎相同的表现力作为一个完整的连续门系列，同时减少两个数量级的校准开销。随着几家供应商提出丰富的门系列作为高保真度的手段，我们的工作有可能为近期的QC系统提供有价值的指令集设计指导。
2021-06-29 cs.ET quant-ph
Characterization of randomness in quantum circuits of continuous gate sets
本文详细推导了对称局部随机电路生成渐近酉设计最大阶数的刻画方法，给出一般对称性及Z2、U(1)、SU(2)情形的完整证明，并将其推广到连通紧酉子群有限集合的一般框架。
2025-05-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Noncommutative tori and universal sets of non-binary quantum gates
量子系统演化模拟和量子计算理论中的一个普适性问题，是关于从给定集合出发，用特定的幺正变换（量子门）的合成来表示或逼近任意幺正变换的可能性。在较早的论文（quant-ph/0010071）中，Clifford代数在构造二元量子门$U_k \in U(2^n)$的通用集合中的应用被展示出来。对于非二进制量子门$U_k \in U(l^n)$在目前的工作中使用合理的非交换环面${\Bbb T}^{2n}_{1/l}$类似的方法的应用。这里给出一组通用的非二进制双门作为一个例子。
2002-06-18 hep-th math-ph math.MP
Clifford synthesis via generalized S and CZ gates
Microsoft Quantum（微软量子）；NVIDIA（英伟达）
本文展示通过最多2n个多量子比特联合测量实现任意n量子比特克莱因群单元ary，且测量可分成两个互不干扰的集合，为实现克莱因群单元ary提供了灵活的空间时间权衡。
2026-03-25 quant-ph
Nonlocal characteristics and argand diagram of two-qubit gates
Vellore Institute of Technology（维洛尔理工学院）
研究两量子比特门的非局域特性，通过分析其非局域部分的平方本征值和弦长，揭示纠缠能力与门典型性的表达方式，并划分完美纠缠器的区域。
2025-07-07 quant-ph
Quantum conditional operations
经典计算的一个基本元素是“if-then”结构，它接受一个控制位和一个任意门，并根据控制位的值提供门的条件执行。另一方面，量子理论阻止了接受控制量子比特和任意量子门作为其输入的类似的通用构造的存在。尽管如此，还是有可控的量子门组存在这样的构造。本文给出了酉变换集可控的一个充分必要条件，并给出了二维情形下可控集的一个完整刻画.这一结果揭示了可控性问题与使用未知量子门时从其提取信息的问题之间的有趣联系。
2016-09-01 quant-ph
Universal Fault-Tolerant Quantum Computing with Stabiliser Codes
量子计算机设计中使用的量子逻辑门应该是通用的，这意味着可以执行任意量子计算，并且是容错的，这意味着这些门可以防止错误失控。一些不通过定理限制了一组容错逻辑门可以通用的方式。这些定理是非常严格的，传统的智慧认为，一个通用的容错逻辑门集不能在本地实现，需要我们使用昂贵的蒸馏程序进行量子计算。在这里，我们提出了一个通用的容错逻辑与稳定器代码的一般框架，连同一个不去定理，揭示了非常广泛的条件约束这样的门集。我们的定理适用于范围广泛的稳定码的家庭，包括级联码和传统的拓扑稳定码，如表面码。我们的no-go定理的广泛适用性提供了一个新的视角，如何克服通用容错门集的约束。特别是，我们展示了如何非单一的实现逻辑门提供了一种通用的方法来规避不去定理，我们提出了一个丰富的景观的建设逻辑门集，是通用的和容错的。也就是说，我们的不去定理不是限制什么是可能的，而是提供了一个路标，引导我们找到新的、有效的容错量子计算架构。
2021-05-20 quant-ph
Shorter quantum circuits via single-qubit gate approximation
本文提出一种基于幅度近似问题的新方法，通过概率混合通道解决回退与幅度近似问题，显著降低了通用单比特量子门近似的序列长度与非克利福德门计数，并给出了端到端的门近似流程与数值结果。
2023-12-08 quant-ph
Improving initial-state-dependent quantum circuit optimization by introducing state labels
The University of Tokyo（东京大学）
本文提出AQCEL量子电路优化器，通过引入状态标签管理和消除冗余门对，有效减少量子电路门数并提升保真度，验证了状态依赖优化在提升近期量子设备性能中的潜力。
2026-08-05 quant-ph
Optimizing entangling quantum gates for physical systems
最优控制理论是一种通用的工具，它为量子信息任务提供了一条显著提高品质因数的途径。我们在这里将其与两个量子比特操作的局部等价类的几何理论相结合，以推导出一种优化算法，该算法可以确定给定物理设置的最佳纠缠两个量子比特门。我们证明了这种方法的权力被困的极性分子和中性原子。
2011-09-15 quant-ph
Universal fault-tolerant quantum computation with only transversal gates and error correction
编码酉门的transmittance实现对于容错量子计算是非常可取的。虽然横向门本身不能在计算上通用，但它们可以与特别提取的资源状态相结合，以实现通用性。我们证明了Bravyi和Haah [Phys. Rev. A 86 052329（2012）]为状态蒸馏引入的“三正交”稳定器代码允许受控-受控-Z门的横向实现。然后，我们构造了一个通用的容错门，没有状态蒸馏，仅使用横向受控-受控-Z，横向Hadamard，和容错纠错。我们还调整了Bravyi和Haah的蒸馏程序，以Toffoli门，改进现有的Toffoli蒸馏计划。
2013-09-04 quant-ph
Quantum circuit optimization using deep reinforcement learning: Applications across multiple gate sets
Hanyang University（汉阳大学）；Hanyang Institute for Quantum Science and Quantum Technology, Hanyang University（汉阳大学量子科学与量子技术研究所）；Research Institute for Natural Sciences, Hanyang University（汉阳大学自然科学研究院）
该研究提出将CR算法嵌入强化学习环境的框架，在两类门集上实现更短量子电路，训练于小电路的RL可应用于大电路，为量子系统编译优化提供稳健方法。
2026-08-20 quant-ph
Quantum Gate Sets for Lattice QCD in the strong coupling limit: $N_f=1$
本文针对强耦合极限下$N_f=1$的无质量交错夸克格点QCD，推导了基于色单态自由度的原始量子门集，其中介子动力学每格点仅需两个量子比特，重子可通过受控门集赋予动力学，为量子模拟非零密度QCD提供了免截断玻色子希尔伯特空间的试验方案。
2023-08-06 hep-lat quant-ph
Characterising semi-Clifford gates using algebraic sets
本文研究容错量子计算中的 Clifford 层级门，证明任意素数维度下最多两个 qudit 的第三层门均为半 Clifford 门，并利用代数几何构造概形，证明其模 $d$ 约化后的代数集有理点相同，推广了早期结果。
2024-05-28 math-ph math.AG math.MP
Unitary Synthesis with AlphaZero via Dynamic Circuits
本文提出受 AlphaZero 启发的强化学习智能体，利用离散逻辑门精确编译酉变换，并扩展到含测量与条件门的动态电路，以低推理时间高效综合可复用量子子程序。
2025-08-28 quant-ph
Improving the Performance of Digitized Counterdiabatic Quantum Optimization via Algorithm-Oriented Qubit Mapping
该研究通过协同优化门序列、算法参数与量子比特映射，提升数字化反绝热量子优化在近期量子设备上的性能，并在近似比、CX 门数和电路深度上显著优于 Qiskit 与 Tket。
2024-09-17 quant-ph
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
