Programming Pulse Driven Quantum Computers
弱耦合量子系统的阵列可以通过将它们置于具有明确定义的频率和长度的电磁脉冲序列中来进行计算。这样的脉冲阵列是真正的量子计算机:比特可以叠加在0和1中,逻辑运算相干地发生,并且仅在纠错时才需要耗散。这种计算机的编程是通过选择适当的脉冲序列来完成的。
1999-12-17 quant-ph
Quantum optical device accelerating dynamic programming
本文讨论了基于量子光学系统的模拟计算机加速动态规划的一些计算问题。这些计算机,至少在原则上,可以通过实际存在的设备来实现。我们估计,在解决一些NP难问题,可以得到这样一种方式与确定性计算机的加速
2010-11-23 quant-ph
Experimenting quantum phenomena on NISQ computers using high level quantum programming
我们执行量子擦除器,Elitzur-Vaidman炸弹,和哈代悖论实验使用高级编程语言的通用,基于门的超导量子处理器由IBM公开提供。用于这些实验的量子线路使用单量子比特和多量子比特门的混合,并且需要高的纠缠门精度。结果与量子力学的理论预测一致,对使用多达3个量子位的电路具有高置信度。量子计算机和高级语言作为实验和研究量子现象的平台的力量从此得到了证明。
2022-02-08 quant-ph
Nondestructive classification of quantum states using an algorithmic quantum computer
随着量子计算设备向容错通用量子计算机改进其质量,处理量子数据的方法变得更加重要。这些方法包括对作为设备的输入而给出的量子态的辨别和过滤,其可以在量子信息技术中找到许多应用。在本文中,我们解决了一个计划的输入状态的分类,这是非破坏性的和确定性的某些输入,而概率,在一般情况下。这可以通过将相位估计算法结合到混合量子-经典计算方案中来实现,其中量子块被经典地训练。我们使用IBM Quantum Experience的超导量子处理器来执行这个想法的原理验证实现。我们感兴趣的另一个方面是减轻由于量子设备缺陷而发生的错误。我们在经典的后处理阶段应用一系列启发式技巧,以提高原始实验数据,并识别其中的模式。这些想法可能会发现在其他实现的混合量子经典计算与噪声量子机的应用。
2019-09-12 quant-ph
Simulation of Quantum Algorithms with a Symbolic Programming Language
本研究探讨了在经典计算机上模拟量子算法。在经典计算机上实现的程序代码将是量子力学的数学公式和计算方法之间的直接联系。计算语言将包括公式,如量子态,叠加和量子算子。
2007-05-24 quant-ph
Algorithmic Pseudorandomness in Quantum Setups
丘奇-图灵命题是计算机科学的支柱之一;它假设每个经典系统都具有与所谓的图灵机等效的可计算能力。虽然这篇论文对我们理解计算设备至关重要,但它在其他科学领域的影响却很少被探索。在这里,我们在量子物理的背景下开始这项研究计划,并表明计算机科学定律对该理论的一些最基本的结果具有深远的影响。我们首先展示了他们如何质疑我们关于混合量子态是什么的知识,因为我们确定了定义相同混合态的量子态的集合的情况,根据量子公设不可区分,当由计算机准备时,它们确实变得可区分。我们还显示了一个新的漏洞贝尔实验:如果在贝尔实验中的一些当事人使用计算机来决定哪些测量,然后窃听者的计算资源必须是有限的,以便有一个适当的观察非局部性。我们的工作为寻找统一计算机科学和量子物理的框架开辟了新的方向。
2021-06-24 quant-ph
Cove: A Practical Quantum Computer Programming Framework
虽然还没有商业存在,量子计算机有能力解决某些类别的问题,这些问题在现有的基于图灵机的(经典)计算机上无法有效解决。要使量子计算机发挥作用,必须存在对其进行编程的方法。目前存在对量子计算机进行编程的提议,但所有现有的量子计算机都存在缺陷,使得它们在商业软件开发环境中不切实际。Cove是一个用于编程量子计算机的框架,它扩展了现有的经典语言以允许量子计算,从而为商业软件开发人员提供了一个量子计算工具包。由于Cove的目标用户是商业开发人员,因此它是一个面向对象的框架,可用于多种语言,并强调完整的文档。Cove的重点并不是软件产品,而是使量子计算对普通开发人员实用的基本概念。
2009-11-12 cs.PL quant-ph
Multi-programming Cross Platform Benchmarking for Quantum Computing Hardware
随着量子硬件技术的快速发展,对量子计算机性能进行基准测试变得很有吸引力。在本文中,我们提出了一个新的量子计算机基准测试方面,通过使用多编程机制评估硬件利用率的限制-一种在量子机器中同时执行多个电路的技术。这是第一次尝试比较的评价多编程的离子和超导设备。基于实验结果,在捕获离子设备上执行多程序设计比超导机器表现出更好的结果,而不会失去任何保真度独立执行。
2022-06-07 quant-ph
Lecture Notes: Programming Quantum Computers
量子计算是一种新兴的计算机技术。当前的量子计算设备正处于开发阶段,它们正逐渐变得适合于小型的现实世界应用。本讲座致力于编程这种量子计算设备的实际方面。这些课堂讲稿的第一部分集中在基于门的量子计算机的编程上,第二部分展示了如何对量子退火器进行编程。
2022-01-06 physics.comp-ph quant-ph
Enhanced Algorithmic Perfect State Transfer on IBM Quantum Computers
针对IBM量子计算机上自旋链完美态传输因噪声成功率低的问题,通过模拟提出综合噪声模型,采用缩放技术和优化耦合提升成功率,为抗噪声量子通信协议开发提供参考。
2025-08-26 quant-ph
Separation of gates in quantum parallel programming
当前量子计算机中的量子比特数量是其更广泛应用的主要限制。为了解决这个问题,Ying设想使用两个或多个小容量量子计算机通过量子并行编程产生更大容量的量子计算系统([M. S. Ying,Morgan-Kaufmann,2016])。这样做的主要障碍是将整个电路中的量子门分开,以产生局部门的张量积。本文从理论上分析了有限维和无限维系统中多体量子门可分离的充分必要条件。然后,我们使用QSI软件在IBM量子计算机上使用n量子位量子门进行分离实验。
2021-10-28 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
Exponential algorithmic speedup by quantum walk
我们建立一个神谕(即,黑盒)问题,可以在量子计算机上比在经典计算机上以指数速度解决。该量子算法基于连续时间量子行走,因此采用了与基于量子傅立叶变换的先前量子算法不同的技术。我们展示了如何在我们的神谕设置有效地实现量子行走。然后,我们将展示如何通过快速遍历图来使用这种量子行走来解决我们的问题。最后,我们证明了没有一个经典的算法可以解决这个问题的高概率在次指数时间。
2002-10-25 quant-ph
Thermodynamic Recycling of Algorithmic Failure Branches: Quantum-Computer Demonstration with Quantum Error Correction
The University of Tokyo(东京大学)
本文提出热力学回收框架,利用量子算法的失败分支超越传统热力学限制,通过结合Harrow-Hassidim-Lloyd算法和三量子位纠错减少擦除热耗散,低于Landauer极限。
2026-04-26 quant-ph
Programming Complex Systems
经典的编程语言无法对复杂系统的基本元素(如真随机数生成)进行建模。本文开发了一种正式的编程语言,称为Q-Q演算,解决了复杂系统的基本属性。这种形式语言允许量子化算法的表达,量子化算法是随机化算法的扩展,因为概率可以是负的,事件可以抵消。量子化算法的强大功能的一个例证是有效解决可满足性问题的能力,许多人认为这超出了经典计算机的能力。本文证明了可满足性演算不仅可以求解可满足性问题,而且可以模拟诸如量子计算机这样的复杂系统。由于可满足性被认为超出了量子计算机的能力,因此量子计算可能严格地更强。
1997-10-15 quant-ph
Classical and Quantum Data Interaction in Programming Languages: A Runtime Architecture
我们提出了一个运行时架构,可用于量子编程语言及其编程环境的开发。所提出的运行时架构能够在经典数据和量子数据之间进行动态交互,遵循量子计算机在云中作为批处理计算机可用的限制,在其执行期间不与经典计算机进行交互。这是通过将量子代码生成留给运行时并引入量子测量的未来概念来完成的。当在量子编程语言中实现时,这些策略旨在促进量子应用程序的开发,特别是对于初学者和学生。该运行时架构适用于当前的噪声中尺度量子计算机,也适用于仿真和未来的容错量子计算机。
2020-05-29 cs.PL quant-ph
Playing Dice with the Universe: Programming Quantum Computers to Play Traditional Games
University of Victoria(维多利亚大学);Flatiron Institute(平研究所)
利用量子计算机编程玩传统游戏,通过隐式表示所有可能路径来识别最优策略,无需硬编码或机器学习策略。
2026-07-28 cs.ET quant-ph
Quantum algorithmic differentiation
在这项工作中,我们提出了一个算法来执行算法微分的背景下,量子计算。我们提出了两个版本的算法,一个是完全量子和员工的经典步骤(混合方法)。由于初等函数的实现已经可以在量子计算机上实现,因此我们提出的方案可以很容易地应用。此外,由于量子计算机上的某些步骤(如CNOT运算符)可以(或将)比经典计算机更快,我们的程序可能最终证明量子算法微分相对于经典算法微分具有优势。
2021-01-16 physics.comp-ph quant-ph
Mixed-Integer Programming Using a Bosonic Quantum Computer
本研究提出将混合整数规划问题的玻色量子计算方案,将问题转化为qumodes基态制备问题,通过光量子计算机模拟绝热演化求解多类小型非凸优化问题。
2022-06-07 cs.DS math.OC quant-ph
Innovative Approaches to Teaching Quantum Computer Programming and Quantum Software Engineering
本文提出芬兰和西班牙大学讲师开发的量子计算教学创新策略,整合Docker、Qiskit、PennyLane和Ocean SDK等工具,通过从量子力学基础到动手实验的课程设计,解决量子编程教学难题。
2024-12-29 cs.SE physics.ed-ph quant-ph
Programming Quantum Computers Using Design Automation
量子硬件的最新发展表明,具有超过50个物理量子位的系统是可以实现的。在这种规模下,经典模拟将不再可行,并且这种量子设备有可能在某些任务中甚至超过经典超级计算机。随着量子比特数和相干时间的快速增长,量子程序编译的挑战越来越困难。这需要将量子算法的高级描述转换为可以由量子设备执行的硬件特定的低级操作。由于缺乏有效的方法,计算的某些部分仍然可以手动执行。这反过来可能导致设计差距,这将阻止量子计算机的编程。在本文中,我们讨论了全自动量子编译中的挑战。我们激励未来的研究方向,以应对这些挑战。然而,利用今天存在的算法和方法,我们演示了如何自动执行从算法到物理量子计算机的量子编程流程,用于简单的算法基准,即隐藏移位问题。我们提出并使用两个工具流调用RevKit。一个是基于ProjectQ的,目标是IBM Quantum Experience或本地模拟器,另一个是基于微软的量子编程语言Q $\#$。
2018-03-02 cs.ET quant-ph
Benchmarking a Neutral-Atom Quantum Computer
本文利用QEDC算法基准和符合Nature实验数据的噪声模型,模拟小型中性原子量子计算机,证明全连接相较最近邻连接可提升电路保真度10%-15%。
2023-11-07 physics.atom-ph quant-ph
The Problem of Dynamic Programming on a Quantum Computer
讨论了量子计算机上的有限时域动态规划问题。我们介绍了一个查询模型,用于研究量子和经典算法解决DP问题,并提供了例如Oracle结构的旅行售货员问题,最小集覆盖问题,编辑距离问题。我们制定开放的问题,二次量子加速DP和讨论其影响。然后,我们证明了量子算法和经典的随机算法DP的查询复杂度的下界,并表明,没有比二次加速可以实现解决DP问题。
2021-07-29 cs.DS math.OC quant-ph
QuCloud+: A Holistic Qubit Mapping Scheme for Single/Multi-programming on 2D/3D NISQ Quantum Computers
量子比特映射对于量子计算的保真度和量子计算机的资源利用率至关重要。然而,现有的量子比特映射方案遇到了一些挑战(例如,串扰、SWAP开销、不同的设备拓扑等),导致量子位资源利用不足、高出错率和计算结果的低保真度。本文介绍了QuCloud+,一种能够应对这些挑战的新量子比特映射方案。QuCloud+有几个新的设计。(1)QuCloud+在具有2D/3D拓扑的量子芯片上实现多编程量子计算。(2)该算法利用串扰感知社区发现技术对并发量子程序的物理量子位进行划分,并根据量子位的度进一步分配量子位,提高了保真度和资源利用率。(3)QuCloud+包含X-SWAP机制,可避免具有高串扰错误的SWAP,并支持程序间SWAP以减少SWAP开销。(4)QuCloud+基于最佳实践的估计保真度来调度要映射和执行的并发量子程序。QuCloud+在保真度上比之前在各种设备上的多编程工作高出6.84%,并在映射转换期间节省了40.9%的额外门。
2022-07-29 cs.AR quant-ph
Universal quantum algorithmic cooling on a quantum computer
量子冷却是一种确定性的过程,它将任何态驱动到最低本征态,从化学和凝聚态量子物理的基态性质的研究到一般的优化问题,量子冷却都有着广泛的应用。然而,冷却过程通常是非幺正的,因此它在量子计算机上的实现要么需要深电路,要么假设具有变分电路的特定输入状态。在这里,我们提出了克服这些限制的通用量子冷却算法。利用衰减函数的双相表示,我们展示了如何普遍地和确定性地实现一般的冷却过程与浅量子线路。我们展示了它在冷却任意输入态与已知的基态能量,对应于令人满意的,线性代数任务,和量子态编译任务,并准备未知的本征值和本征态,对应于量子多体问题的应用。与量子相位估计相比,我们的方法只使用一个辅助量子比特和更浅的电路,显示出相对于最终状态失真的电路复杂度的指数级改善。我们数值基准算法的$8$ -量子比特海森堡模型,并验证其可行性,准确地找到本征能量和获得本征态测量。我们的工作为近期和通用容错量子设备的高效和通用量子算法冷却铺平了道路。
2022-06-03 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Quantum Simulation Programming via Typing
本文提出QBLUE,一种基于二次量子化哈密顿量和新型类型系统的量子模拟编程语言,支持在数字和模拟量子计算机上编译,便于用户建模量子系统。
2025-09-25 cs.PL quant-ph
Algorithmic simulation of far-from-equilibrium dynamics using quantum computer
指出超导量子计算机在模拟远离平衡态的自旋模型的动力学,包括非绝热现象和猝灭等方面具有广阔的应用前景。这些机器的重要优点是它们是可编程的,因此可以在同一芯片中模拟不同的自旋模型,并且可以以可控的方式将各种初始状态编码到其中。这为超导量子计算机在统计物理学基本问题的研究中提供了一个机会,例如在封闭量子系统的自由演化中存在或不存在热化,这取决于初始状态的选择以及模型的可积性。在本文中,我们进行了证明的原则数字模拟的两个自旋模型,这是中心自旋模型和横向场伊辛模型,使用5和16量子比特超导量子计算机的IBM量子经验。我们发现,这些设备是能够重现一些重要的后果的对称性的初始状态的系统的后续动态,如激发封锁。然而,由于量子门误差,目前算法的长度受到限制。我们还讨论了一些启发式方法,可以用来提取有价值的信息,从不完善的实验数据。
2018-07-25 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con quant-ph
Entropy and perpetual computers
通过Kolmogorov算法的复杂性的熵的定义进行了讨论。作为例子,我们展示了如何平均场理论的伊辛模型,和熵的一个完美的气体可以恢复。通过对计算机热力学热力学定律的解释,指出了与计算的联系。还讨论了一种方法,可以采用发展统计力学使用算法的观点。
2003-10-29 cond-mat.stat-mech hep-lat hep-th
Qrisp: A Framework for Compilable High-Level Programming of Gate-Based Quantum Computers
针对量子计算高级编程抽象不足的问题,提出Qrisp框架,通过经典范式启发的编程抽象实现可编译至电路级的量子编程,提升编译效率并降低量子资源需求。
2024-06-20 cs.PL quant-ph
QParallel: Explicit Parallelism for Programming Quantum Computers
提出用于并行量子编程的语言扩展QParallel,通过防止编译器引入抑制并行性的依赖关系来消除并行歧义并支持时空权衡研究,基于Q#实现原型并引入工具指导并行区域放置,提升量子程序性能。
2022-10-07 cs.ET quant-ph