Logical Abstractions for Noisy Variational Quantum Algorithm Simulation
由于现有量子计算机原型的不可靠性和有限的容量，量子线路模拟仍然是验证下一代量子计算机和研究变分量子算法的重要工具，变分量子算法是有用的量子计算的主要候选者之一。现有的量子线路模拟器没有解决变分算法的共同特征，即：1）它们与噪声量子比特和操作一起工作的能力，2）它们重复执行相同的电路但具有不同的参数，以及3）它们从电路最终波函数采样以驱动经典优化例程的事实。我们提出了一个基于逻辑抽象的量子线路仿真工具链，用于模拟变分算法。我们提出的工具链在概率图形模型中编码量子振幅和噪声概率，并将电路编译为逻辑公式，以支持针对不同参数对量子线路进行有效的重复模拟和采样。与最先进的状态矢量和密度矩阵量子线路模拟器相比，我们的模拟方法在从至少8到20个量子比特的噪声电路中采样时提供了更好的性能，并且每个量子比特上有大约12个操作，使得该方法非常适合模拟近期变分量子算法。对于模拟32量子比特的无噪声浅量子电路，与基于张量网络收缩的量子线路模拟技术相比，我们的模拟方法提供了$66\times$在采样成本上的降低。
2021-03-31 cs.ET quant-ph
Quantum data encoding as a distinct abstraction layer in the design of quantum circuits
本文将量子数据编码形式化为独立于数据加载电路的抽象层，系统综述各类编码与转换方法，并以量子算法和蒙特卡洛模拟为例，证明该框架能阐明复杂量子电路结构并提升设计效率。
2024-09-14 cs.ET quant-ph
Generalised Bit-Vector Abstractions for Formal Verification of Quantum Error-Detection and Entanglement Circuits over {H,X,C-NOT}: CSS Constructions, Soundness, and Mutation-Based Validation
本文扩展了位向量抽象验证框架，支持CSS码、高距离表面码及大规模GHZ电路，证明可靠性并验证622个突变体，显著提升量子电路验证的规模与效率。
2026-10-06 cs.ET cs.LO quant-ph
Formally Verifying Quantum Phase Estimation Circuits with 1,000+ Qubits
North Dakota State University（北达科他州立大学）
本文提出了一种可扩展的形式化验证方法，用于验证具有1024个相位量子比特的量子相位估计电路，通过位向量逻辑抽象确保功能正确性。
2026-07-09 cs.FL cs.LO quant-ph
A Categorical Model for a Quantum Circuit Description Language (Extended Abstract)
Quipper是一种用于描述量子线路族的实用编程语言。在本文中，我们形式化一个小的，但有用的片段Quipper称为Proto-Quipper-M。与它的父类Quipper不同，这种语言是类型安全的，并具有正式的指称和操作语义。原始奎珀-M也比奎珀更一般，因为它可以描述任何对称幺半群范畴中的态射族，其中量子线路只是一个例子。我们从头开始设计Proto-Quipper-M，首先给出参数和状态的一般分类模型。参数和状态之间的区别也从硬件描述语言中得知。参数是电路生成时已知的值，而状态是电路执行时已知的值。在模型中找到一些有趣的分类结构后，我们定义了适合模型的编程语言。我们通过证明类型安全性，可靠性和充分性来巩固语言和模型之间的联系。
2018-03-02 cs.PL math.CT quant-ph
Software science view on quantum circuit algorithms
我们表明，在量子线路图的抽象层次上，量子线路算法属于我们在早期工作中研究的交互式顺序算法的种类。这种观察导致了量子线路算法的自然规范语言。
2023-03-22 cs.LO cs.SE math-ph
Fault-tolerant embedding of quantum circuits on hardware architectures via swap gates
Entropica Labs（恩特罗皮卡实验室）；Yale-NUS College（耶鲁-南洋学院）；Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）
针对近期量子硬件量子比特连通性受限的问题，提出一种保留抽象线路容错特性的交换门嵌入策略，实验表明其在表面码嵌入场景中性能恶化程度较低，为现有硬件实现容错线路提供了直接方案。
2024-06-24 quant-ph
Polynomial Reduction Methods and their Impact on QAOA Circuits
本文研究利用高阶问题表述及其自动转换为QUBO形式来影响QAOA电路的非功能属性，通过定量实验证明该方法可在不同权衡之间进行优先级排序，为量子优化中通用抽象层的构建和量子电路的自动生成提供新思路。
2024-06-13 quant-ph
Quantum Circuits Are Just a Phase
本文提出了一种基于相位的量子编程语言，通过全局相位操作和模式匹配构造，实现了更抽象的量子算法表达，展示了其通用性和实用性。
2025-12-01 cs.LO cs.PL quant-ph
Information content of queries in training Parameterized Quantum Circuits
参数化量子线路（PQC，又名变分量子线路）是近期（非容错）数字量子计算机相对于经典计算的计算优势的提议之一。PQC必须经过“培训”-即，期望值函数必须在参数空间上最大化。本文讨论了训练PQC所需的样本数（或量子计算机的“运行次数”），并从信息论的观点对其进行了探讨。主要的收获是期望值的单个精确评估中包含的大量信息与从量子线路的单次运行获得的随机样本中包含的指数小量信息之间的差异。
2019-03-29 quant-ph
ABSTRACTS: Amsterdam Benchmark Suite for the Time and Resource Analysis of Clifford+T Simulators
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；QuSoft
本文提出ABSTRACTS基准套件，针对非Clifford量子电路经典模拟领域缺乏标准化基准的问题，提供统一电路数据集与虚拟硬件，以实现模拟器效率的公平比较。
2026-08-26 cs.PF quant-ph
Circuit Relations for Real Stabilizers: Towards TOF+H
量子力学的实稳定子片断被证明具有ZX演算的无角片断的完全公理化。ZX演算的这个片段-虽然抽象优雅-是用恒等式来表述的，比如蜘蛛融合，它通常不解释为电路变换。我们完成了由受控非门和计算辅助位产生的范畴CNOT，由电路关系表示，到真正的量子力学的稳定子片段。这首先通过添加Hadamard门和标量sqrt 2作为生成器来执行。然后，我们构建翻译和ZX演算的无角度片段，表明它们是逆的。然后，我们讨论如何这可能导致一个完整的公理化，电路关系方面，为近似通用的片段的量子力学产生的Toffoli门，阿达玛门和计算辅助位。
2019-09-30 cs.LO quant-ph
Riemannian Quantum Circuit
数论是一个抽象的数学领域，它为理论物理的发展提供了肥沃的环境。特别是，有几个物理系统与黎曼zeta函数的零点有关。在这项工作中，我们提出了一个量子线路的理论与有限个零点的黎曼zeta函数。这种电路的存在将允许在未来通过实现基于这些零点的量子算法来解决一些数论问题。
2014-01-30 quant-ph
On Abstract Machine Semantics for Proto-Quipper-M
Quipper是一种用于描述量子电路的特定领域程序设计语言。因为它是作为Haskell中的嵌入式语言实现的，所以Quipper是一种非常实用的函数式语言。然而，出于同样的原因，它缺乏正式的语义，并且受到Haskell类型系统的限制。特别是，由于Haskell缺乏线性类型，很容易编写违反量子态不可克隆特性的Quipper程序。为了以类型安全的方式形式化Quipper的相关片段，在过去几年中引入了Proto-Quipper家族的研究语言。在本文中，我们首先回顾Proto-Quipper-M，Proto-Quipper家族的一个实例，它基于量子电路的分类模型，具有线性类型系统，保证了非克隆属性在编译时保持不变。然后，我们推导出一个试探性的小步操作语义的大步骤语义的Proto-Quipper-M，我们证明了这两个是等价的。在证明了试探性语义的主题缩减和进展结果后，我们在此基础上构建了一个真正的抽象机器风格的小步语义，我们最终证明了它与原始语义是等价的。
2021-05-07 cs.LO cs.PL quant-ph
Equivalence checking of quantum circuits by nonlocality
假设两个量子线路芯片位于不同的地方，我们没有任何先验知识，也看不到内部结构。如果我们想确定它们是否具有相同的功能，我们应该怎么做？本文从量子非定域性的观点出发，证明了这一现实问题是完全可以解决的。具体来说，我们设计了一个优雅的协议，检查潜在的量子非局域性，最强的非局域性可以观察到当且仅当两个量子线路是彼此等效的。我们表明，该协议也工作近似，两个量子线路之间的距离可以准确地计算所观察到的量子非局域性的分析方式。此外，我们的协议的计算成本是独立的比较量子线路的大小。最后，我们还讨论了将该协议推广到多部情况的可能性，即，如果我们对多个量子线路进行等价性检验，我们试图一次性解决问题。
2022-08-10 quant-ph
Sequent Calculus Representations for Quantum Circuits
在考虑量子程序的序列式证明系统时，我们可能希望捕获量子力学的某些元素，例如相位，幺正变换的动力学和测量概率。传统的量子逻辑主要集中在抽象的正交模格理论和希尔伯特空间的结构，并没有令人满意地捕捉到这些元素中的一些。我们可以从头开始，试图从概念上描述证明规则的类型，这些规则应该在一个代表量子算法所需元素的系统中。本工作试图从量子计算的量子电路模型的角度来做这一点。提出了一种基于单量子电路的量子演算，并讨论了它将量子计算的重要概念和动力学方面结合起来的能力。特别是，保留相位的表示有助于说明干涉作为量子计算中的资源的作用。干涉也为非单调微积分提供了直观的基础。
2016-06-22 cs.LO quant-ph
String Abstractions for Qubit Mapping
量子计算（QC）中的关键编译步骤之一是确定量子电路中使用的量子位的初始逻辑到物理映射。起始量子位布局的影响可以极大地影响QASM操作的后续调度和放置决策，由于量子编译器引入SWAP操作以满足量子设备的底层物理相邻和连接约束，因此在关键性能指标（门数和电路深度）上产生更高的值。在本文中，我们介绍了一种新的量子比特映射方法，基于弦的量子比特映射。关键的见解是优先考虑出现在访问的量子位对的最长重复非重叠子串中的逻辑量子位的映射。这种映射方法通过根据量子比特的全局频率使用来分配量子比特来补充。我们评估和比较我们的新映射方案对两个量子编译器（QISKIT和TKET）和两个设备拓扑结构，IBM曼哈顿（65量子位）和IBM加尔各答（27量子位）。我们的研究结果表明，结合两种映射机制往往比单独使用任何一种机制都能获得更好的结果，使我们能够获得最佳的QISKIT和TKET基线，在几个组的大小中平均提高13%至17%，电路深度减少32%，门体积提高63%。
2021-11-05 cs.ET quant-ph
Entanglement-magic separation in hybrid quantum circuits
本文在混合量子电路中研究稳定子熵量化的魔法，发现其相变临界测量速率与纠缠相变不同，揭示了混合电路中纠缠与魔法可分离的多个相变机制。
2023-12-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Circuit Placement
我们研究了在量子硬件上实现抽象量子线路的问题。实际上，我们的意思是使电路适应物理环境的细节，这限制了量子位之间某些直接相互作用的建立/使其复杂化。这是经典电路布局问题的量子版本。我们研究的理论方面的问题，并提出了经验的结果，匹配的最知名的解决方案，已开发的实验。最后，我们讨论了该方法的效率及其实现的可扩展性，以及量子硬件的未来发展。
2008-03-27 quant-ph
VeriQBench: A Benchmark for Multiple Types of Quantum Circuits
在本文中，我们介绍了VeriQBench -一个开源的量子线路的基准测试。它提供了各种电路类型的高级量子电路抽象，包括1）组合，2）动态，3）顺序和4）变化量子线路，其中几乎涵盖了文献中所有现有类型的量子线路。同时，VeriQBench是一个通用的基准，可以用于验证不同应用的量子软件，如现有的工作所证明的，包括量子线路验证（例如，等价性检查[Hon+21 a; WLY 21]和模型检查[Yin 21]），仿真（例如，故障模拟），测试（例如，测试模式生成[CY 22]）和调试（例如，运行时断言[Li+20 b]）。所有电路都在OpenQASM中描述，并在Qiskit和QCOR仿真器上进行了验证。VeriQBench的发布网址是：https://github.com/Veri-Q/Benchmark，希望它能被其他研究人员使用。
2022-06-22 quant-ph
Black hole qubit correspondence from quantum circuits
我们考虑了从量子线路中得到的黑洞量子比特对应（BHQC），考虑了在包裹膜量子比特的公式化中使用带基的门操作。我们基于BHQC纠缠分类解释了这些量子线路，并将其应用于Bell态、GHZ态的产生、量子线路隐形传态以及超对称、黑洞组态、Freudenthal和秩系统构造中的交换实现.这些结果进行了讨论，从超弦的观点表明，由纠缠的几何实体的上同调操作所形成的物理状态的建设的重要性，自动允许保存不同数量的超对称性在紧化过程中给出了一种替代的情况下，通量时，在游戏中引入：广义Calabi-Yau希钦。
2015-07-03 gr-qc hep-th quant-ph
Synthesis of Arbitrary Quantum Circuits to Topological Assembly: Systematic, Online and Compact
将任意量子线路变换成由表面码量子纠错码（拓扑量子纠错的变体）保护的形式是具有挑战性的，特别是如果目标是最小化开销。其中一个问题是在抽象计算所需资源的时空体积中有效地放置魔态蒸馏子电路，即所谓的蒸馏盒。这项工作提出了一个通用的，系统的，在线的方法，这样的电路的综合。蒸馏箱的放置由所谓的控制器控制。这项工作介绍了一个贪婪的调度程序生成紧凑的盒子放置。实现的软件，其源代码可在网上，是用来说明和讨论合成的例子。提出了合成和优化改进。
2017-11-04 quant-ph
Approximating Entanglement Based on Abstract Interpretation
本文提出一种基于抽象解释的静态分析方法来近似量子纠缠，避免精确分析的指数复杂度，并证明其可靠性，在标准ML中实现且具有线性时间可扩展性。
2025-08-12 cs.ET quant-ph
Parameterized Quantum Circuit Semantics Through Enriched Categories
Dalhousie University（达尔豪斯大学）
研究通过富集范畴实现参数化量子电路语义问题，引入基于富集范畴理论的方法，先介绍抽象范畴构造，研究特殊参数情况，最终表明幺半闭情况可统一量子控制的两种观点。
2026-07-21 cs.LO math.CT quant-ph
Optimizing Quantum Circuits, Fast and Slow
本文提出GUOQ算法，统一快速重写规则与慢速酉合成来优化量子电路，在广泛基准上大幅超越现有优化器。
2024-11-06 cs.PL quant-ph
From pulses to circuits and back again: A quantum optimal control perspective on variational quantum algorithms
过去十年，量子技术的发展取得了显著进展。虽然容错设备可能还需要几年的时间，但今天嘈杂的中等规模量子设备可能会被用于其他目的。领先的候选者是变分量子算法（VQA），它已被开发用于包括化学，优化和机器学习在内的应用，但其在量子设备上的实现尚未表现出对经典功能的改进。在这个角度来看，我们提出了各种方式，VQA的性能可以通过量子最优控制理论。为了设置阶段，我们确定VQA和量子最优控制的变分优化的配方在电路级和脉冲级，分别，其中这些只代表两个层次，在更广泛的层次，我们考虑的抽象。在这个统一的图片中，我们提出了几种不同层次的抽象可以连接的方式，以促进量子最优控制理论的应用，以VQA的挑战与随机选择，优化景观，噪声和鲁棒性。贯穿始终的一个主要主题是VQA实现中需要足够的控制资源;我们讨论了这种需求可以体现的不同方式，概述了各种开放性问题，并展望了未来。
2021-01-13 quant-ph
Advanced Equivalence Checking for Quantum Circuits
量子计算将改变我们解决某些问题的方式。它有望大大加快许多化学、金融和机器学习应用的速度。然而，为了利用这些承诺，在能够在实际设备上执行概念量子算法之前，需要使用由编译、分解或映射等步骤组成的复杂设计流程。这导致在不同抽象层次上的描述可能彼此显著不同。底层设计问题的复杂性不仅需要为单个步骤提供有效的解决方案，而且还需要验证在所有抽象级别中保留了最初预期的功能。这激发了量子线路的等价性检验方法。然而，大多数现有方法受到经典领域的启发，并且仅仅被扩展以支持量子线路（即，不仅依赖于0和1，而且还采用叠加和纠缠的电路）。在这项工作中，我们提出了一种先进的方法，它采取不同的范例的量子线路不仅是一种负担，但作为一个机会。事实上，所提出的方法明确地利用了量子计算特有的特性，以克服现有方法的缺点。我们表明，通过利用量子线路的可逆性，复杂性可以保持在许多情况下是可行的。此外，我们表明，在对比的经典领域，模拟是非常强大的验证量子线路。实验评估证实，由此产生的方法允许进行等价性检查显着快于以往任何时候-在许多情况下，只有一个单一的模拟运行是足够的。拟议方法的实施情况可在https://iic.jku.at/eda/research/quantum_verification/上公开查阅。
2020-10-27 cs.ET quant-ph
Molecular Quantum Circuit Design: A Graph-Based Approach
本文提出基于化学图的参数化量子电路设计原则，以解决分子系统中算子排序、参数初始化和初始态制备三大难题，并支持物理解释与基态制备难度估计。
2023-07-21 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Linear-Time T-Gate Optimization via Random Abstraction
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文提出了一种线性时间随机算法优化T门，通过新型随机静态分析方法，显著提升量子电路优化效率，实现T门计数减少，适用于大规模量子计算需求。
2026-07-13 cs.PL quant-ph
The Quantum Abstract Machine
本文提出量子抽象机（QAM），以类似化学抽象机的直接抽象语义描述量子电路操作，为非专业人士建模和验证量子通信协议提供概念工具。
2024-02-21 cs.PL quant-ph
Quantum Pattern Detection: Accurate State- and Circuit-based Analyses
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）
本文提出了一种基于状态和电路的自动检测量子模式的框架，并贡献了一个数据集用于基准测试，展示了其在检测准确性上的优势。
2025-01-27 cs.SE quant-ph
Quantum thermal transistor in superconducting circuits
基于电流的逻辑设备在现代社会中无处不在。然而，数字逻辑确实具有一些缺点，诸如相对高的功耗。因此，寻求替代手段来构建可以作为独立设备工作或与更传统的电子电路结合工作的逻辑电路是非常有意义的。一个前景广阔的方向是将热流用于逻辑元件。在本文中，我们讨论了最近的量子热晶体管的抽象建议，并提供了一个具体的设计这样的设备使用超导电路。使用电路量子电动力学Jaynes-Cummings模型，我们提出了一种三端器件，它允许从源极到漏极的热传递，这取决于耦合在栅极调制器的浴槽的温度，并表明它提供了类似于传统半导体晶体管的特性。
2020-05-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Formal Verification of Variational Quantum Circuits
University of Verona（维罗纳大学）
本文首次对变分量子电路（VQCs）的形式化验证问题展开深入研究，提出基于抽象解释的新型语义框架以克服量子状态归一化带来的变量依赖挑战，并在标准基准上验证了该方法的有效性。
2025-07-14 cs.LG cs.PL quant-ph
Mixed-Signal Quantum Circuit Design for Option Pricing Using Design Compiler
提出混合信号量子电路框架，融合三种新方法降低复杂度与噪声，在12量子比特案例中大幅减少门数、深度和错误率，证明量子电路可借助经典VLSI技术实现高效设计。
2025-06-19 cs.ET quant-ph
Programming the full stack of an open-access quantum computer
我们提出了一种名为“Quala”的新量子编程语言，它可以实现量子硬件的真正全栈编程。Quala允许无缝集成抽象层，如数字电路层和模拟控制脉冲波形层。此外，该语言支持用户发布的低级硬件指令，如FPGA操作。中间电路测量和分支决策逻辑支持实时、自适应程序。这种灵活性允许用户为从量子纠错到模拟量子模拟的任何东西编写代码。面向用户的校准数据库和强大的符号代数框架相结合，为用户提供了前所未有的表现力和透明度。我们显示的语言结构的显着特点，并描述了如何随行的编译器可以翻译程序编写的任何抽象层精确定时的硬件命令。我们打算让这种语言在电路级编程和实际硬件上的物理操作之间架起一座桥梁，同时保持堆栈每个级别的完全透明性。这消除了对“幕后”编译的需要，并为用户提供了对日常校准例程的深入了解。
2021-06-11 quant-ph
Quantum information processing with bosonic qubits in circuit QED
量子理论的独特性为信息处理提供了一个强有力的新范式。将这些数学抽象转化为有用的算法和应用需要具有显著复杂性和足够低错误率的量子系统。这种量子系统必须由鲁棒的硬件制成，该硬件可以相干地存储、处理和提取编码信息，并且具有有效的量子纠错（QEC）协议来检测和纠正错误。电路量子电动力学（cQED）为实现鲁棒量子器件提供了一个很有前途的硬件平台。特别是，cQED中使用超导腔的多光子状态来编码信息的玻色子编码已经成功地实现了硬件高效的QEC。在这里，我们回顾了最近的发展与玻色子码的量子纠错的理论和实现，并报告了实现容错量子信息处理与cQED设备的进展。
2021-04-12 quant-ph
Non-destructive Orthonormal State Discrimination
我们在Hilbert空间$C^{d^{n}}$（其中$d$是量子维数）中给出了Bell态的非破坏性确定性鉴别的显式量子线路.我们讨论了一种方法，用于推广这一非破坏性的测量分布在$n$各方之间的任何一组正交状态。从实践的角度来看，我们表明这种非破坏性测量可以在某些条件下帮助降低量子通信的复杂性。
2005-07-11 quant-ph
Designing fault-tolerant circuits using detector error models
本文提出用探测器错误模型形式体系在电路层面刻画容错性，并将其应用于综合征提取电路、测量调度和容错程序三个设计层次，提升了 surface code 抗测量错误能力、缩短了 color codes 测量调度并优化了逻辑算子测量方法。
2025-10-25 quant-ph
Compositional Quantum Control Flow with Efficient Compilation in Qunity
本研究以Qunity语言为起点，提出高效编译高级量子控制流构造的方法，引入新抽象并实现完整编译器，通过多阶段优化技术大幅减少量子比特和门数量。
2025-09-03 cs.PL quant-ph
Tensor Networks or Decision Diagrams? Guidelines for Classical Quantum Circuit Simulation
在开发或测试量子算法时，经典地模拟量子线路是至关重要的。由于潜在的指数复杂性，高效的数据结构是执行此类模拟的关键。为此，张量网络和决策图已经独立开发，考虑到不同的观点，术语和背景。虽然这给设计人员留下了两种互补的数据结构来进行量子线路仿真，但到目前为止，对于给定的用例，哪一种是更好的选择仍然不清楚。在这项工作中，我们（1）考虑这些技术如何接近经典的量子线路模拟，和（2）检查他们的（不）相似性方面的最适用的抽象级别，所需的模拟输出，计算顺序的影响，并易于分配的工作量。因此，我们提供了指导方针，何时更好地使用张量网络，何时更好地使用决策图在经典的量子线路模拟。
2023-02-13 cs.DS cs.ET quant-ph
Escaping barren plateaus in approximate quantum compiling
量子编译提供了一种方法，将高抽象级别的量子算法转换为它们在真实硬件上的量子线路实现。量子编译的一种方法是设计一个参数化电路，并使用优化技术来找到最小化参数化电路和目标电路之间距离的参数。虽然有希望，但这种方法通常会遇到贫瘠高原的障碍-即梯度消失的参数空间的大区域。最近的一些工作集中在所谓的量子辅助量子编译已经开发了新的技术，在某些特定的情况下，诱导梯度。在这里，我们开发和实现了一套相关的技术，使他们可以应用到经典辅助量子编译。我们认为，在这两种情况下，我们可以显着提高收敛性的方法在这项工作中开发的近似状态准备和近似电路准备。
2022-10-17 quant-ph
Category Theory for Quantum Natural Language Processing
Wolfson College（沃尔夫森学院）
本文介绍了量子自然语言处理（QNLP）模型的基础上一个简单而强大的类比计算语言学和量子力学：语法纠缠。文本和句子的语法结构连接单词的含义，就像纠缠结构连接量子系统的状态一样。范畴论允许将这种语言与量子比特的类比形式化：它是从语法到向量空间的monoidal函子。我们把这个抽象的类比转化为一个具体的算法，将语法结构转换为参数化量子电路的架构。然后，我们使用混合经典量子算法来训练模型，以便评估电路计算数据驱动任务中句子的含义。QNLP模型的实现推动了DiscoPy（分布式组合Python）的发展，这是一个应用范畴论的工具包，第一章对其进行了全面的概述。字符串图是DisCoPy的核心数据结构，它们允许在高抽象级别上对计算进行推理。我们展示了它们如何编码语法结构和量子电路，以及逻辑公式，神经网络或任意Python代码。Monoidal函子允许将这些抽象图转换为具体的计算，与优化的特定于任务的库进行交互。第二章使用DisCopy将QNLP模型实现为从文法到量子电路的参数化函子。它为函子学习的更一般的概念提供了第一个概念验证：通过从类递归数据中学习，将机器学习从函数推广到函子。为了通过梯度下降学习最佳函子参数，我们引入了图解微分的概念：用于计算参数化图的梯度的图形演算。
2022-12-13 cs.CL math.CT quant-ph
Operating with Quantum Integers: an Efficient 'Multiples of' Oracle
针对量子算法开发复杂的问题，本文提出一种可组合且高效的‘倍数’量子操作，理论分析与实证研究表明其经典计算复杂度与电路深度随量子比特数线性扩展，为量子软件开发提供了高抽象层级复用组件。
2023-04-10 quant-ph
Quantum Computing for All: Online Courses Built Around Interactive Visual Quantum Circuit Simulator
Faculty of Information Technology, University of Jyväskylä（于韦斯屈莱大学信息技术学院）
本研究开发了一门围绕交互式量子电路模拟器构建的在线课程，旨在降低所有学生学习量子计算的门槛，无论其背景如何。
2024-08-10 cs.SE physics.ed-ph 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
Understanding Quantum Control Processor Capabilities and Limitations through Circuit Characterization
量子计算机的持续扩展取决于构建可扩展、可扩展并提供实时响应的经典控制硬件管道。控制处理器的指令集架构（ISA）提供了将量子编程语言的高级语义映射到硬件的低级脉冲生成的功能抽象。在本文中，我们提供了一种方法来定量评估ISA的有效性编码的量子电路的中间规模的量子器件与O（$10^2$）量子位。我们定义的表征模型反映了性能、满足时序约束影响的能力、未来量子芯片的可扩展性以及其他重要考虑因素，这些因素使它们成为未来设计的有用指南。使用我们的方法，我们提出了标量（QUASAR）和矢量（qV）量子ISA作为扩展，并将它们与其他ISA在电路编码效率，满足量子芯片实时门周期要求的能力以及扩展到更多量子位的能力等指标上进行比较。
2020-12-04 quant-ph
Comparing two cohomological obstructions for contextuality, and a generalised construction of quantum advantage with shallow circuits
我们提出了两个结果的主题上的量子上下文和上同调，和非局域性和量子优势浅电路。阿布拉姆斯基等人证明了一系列量子语境性的例子可以通过基于切赫上同调的上同调不变量来检测。然而，这种方法并没有给出一个完整的语境性的共同调表征。奥凯等人引入了一种不同的上下文上同调方法。他们的方法利用了泡利算子的代数结构及其量子泛化，称为外尔算子。我们给出了一个抽象的帐户，这种结构，然后概括他们的方法，以任何例子的上下文与这种结构。我们证明，在这个一般的水平，该方法并没有给出一个更完整的表征的上下文比切赫上同调方法。Bravyi、Gosset和König（BGK）第一次无条件地证明了一类受限制的量子线路比它的经典类似物更强大。结果，为类的电路有界的深度和扇入（浅电路），利用一个特定的家庭的上下文的例子。BGK的量子线路和计算问题是从与著名的GHZ非定域对策相关的一族非定域对策中导出的。我们提出了一个广义的版本，他们的建设。一个系统的方法，采取的例子，上下文和生产无条件的量子优势的结果与浅电路。
2022-12-19 quant-ph
Random Stimuli Generation for the Verification of Quantum Circuits
量子线路的验证对于保证跨越各种抽象级别的量子算法和/或量子描述的正确性是必不可少的。在这项工作中，我们表明，有很有前途的方法来检查的正确性量子线路使用模拟验证和随机刺激。为此，我们研究如何正确地产生刺激，有效地检查的正确性的量子线路。更确切地说，我们介绍，说明和分析三种方案的量子刺激生成-提供错误检测率（以及所需的刺激数量）和效率之间的权衡。与经典领域中的验证相反，我们表明（无论是理论上还是经验上），即使只考虑几个随机选择的刺激（从所提出的方案产生），量子线路也可以实现高的错误检测率。这些概念和理论考虑的结果也得到了经验上的证实-在50000个基准实例中进行了总计约$10^6$的模拟。
2020-11-14 cs.ET quant-ph
SyReC Synthesizer: An MQT tool for synthesis of reversible circuits
可逆电路形成了许多有前途的新兴技术的支柱，例如量子计算，低功耗/绝热设计，编码器/解码器设备和其他一些应用。近年来，这种电路的可扩展综合得到了极大的关注。在这项工作中，我们提出了SyReC合成器，可逆电路的硬件描述语言SyReC的基础上的合成工具。SyReC允许在高抽象级别上描述可逆功能。所提供的SyReC合成器然后以按钮方式实现此功能。相应的选项允许在所需的电路信号/线路的数量（相关的，例如，对于量子计算，其中每条电路线对应于一个量子位）和相应所需的门（对应于电路的成本）。SyReC合成器是一个开源的软件包，作为慕尼黑量子工具包（MQT）的一部分，可在https://github.com/cda-tum/syrec上获得。
2022-12-12 cs.AR cs.ET quant-ph
A Fine-Grained and Efficient Reliability Analysis Framework for Noisy Quantum Circuits
DePaul University（德保罗大学）；College of William and Mary（威廉玛丽学院）
本文提出了一种细粒度且高效的噪声量子电路可靠性分析框架，通过噪声代理电路和代理保真度度量，实现高效且准确的可靠性评估。
2026-02-20 quant-ph
Geometric Optimization on Lie Groups: A Lie-Theoretic Explanation of Barren Plateau Mitigation for Variational Quantum Algorithms
本文通过李群几何视角解释了神经网络辅助变分量子算法中缓解barren plateau现象的机制，揭示了参数演化路径对训练效率的影响。
2025-11-30 quant-ph
Space-time optimized table lookup
本文提出了一种基于格点手术表面码原语并遵循2D网格连接性的时空优化表查找电路，适用于密码学和量子化学等应用，且对不熟悉表面码的读者友好。
2022-11-02 cs.ET quant-ph
Beyond Reinforcement Learning: Fast and Scalable Quantum Circuit Synthesis
University of Bonn（波恩大学）
本文提出一种基于监督学习和随机束搜索的量子电路合成方法，通过近似最小描述长度实现快速且高效的量子门序列生成，提升了复杂电路的成功率和合成效率。
2026-02-18 cs.LG quant-ph
Simulating hydrodynamics on noisy intermediate-scale quantum devices with random circuits
在最近的一个里程碑式的实验中，谷歌的处理器Sycamore通过从（伪）随机电路的输出中采样，预示着“量子霸权”时代的到来。我们表明，这样的随机电路提供了量身定制的积木模拟量子多体系统的噪声中间尺度量子（NISQ）设备。具体而言，我们提出了一个算法，包括一个随机电路，然后由trottered哈密顿时间演化研究流体力学和提取传输系数的线性响应制度。我们通过模拟一维和二维量子自旋系统中时空关联函数的建立来数值演示该算法，在那里我们特别仔细研究了任何现实实现中存在的错误的不可避免的影响。重要的是，我们发现，流体动力学缩放的相关性是非常强大的特罗特步骤，这打开了大门，达到非平凡的时间尺度与少量的门的大小。虽然随机电路内的错误被证明是无关紧要的，我们还揭示了有意义的结果，可以获得噪声的时间演化与误差率在近期硬件上实现。我们的工作强调了抽象采样任务之外的NISQ设备上的随机电路的实际相关性。
2021-06-08 cond-mat.stat-mech quant-ph
