QRCC: Evaluating Large Quantum Circuits on Small Quantum Computers through Integrated Qubit Reuse and Circuit Cutting
本文提出QRCC集成方法，结合量子比特重用与电路切割（导线和门切割），在小规模量子计算机上运行大规模电路，平均减少29%切割次数，降低后处理开销。
2025-04-21 cs.ET quant-ph
Multifractality Analysis of Single Qubit Quantum Circuit Outcomes for a Superconducting Quantum Computer
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
研究通过分析单量子比特量子电路输出的多标度特性，揭示了其在多个时间尺度上的复杂缩放行为，为改进量子计算中的噪声抑制提供了新思路。
2025-12-20 cs.ET quant-ph
Distribution of Quantum Circuits Over General Quantum Networks
近期的量子计算机只能容纳少量的量子比特。促进大规模量子计算的一种方法是通过量子计算机的分布式网络。在这项工作中，我们考虑了在异构量子计算机的量子网络中分布量子程序表示为量子电路的问题，以最小化执行分布式电路所需的整体通信成本的方式。我们考虑两种通信方式：猫纠缠，在成对的计算机上创建量子比特的链接副本，以及隐形传态。异构计算机对猫纠缠和隐形传态操作施加了约束，这些约束可以通过算法来选择。我们首先集中在一个特殊的情况下，只允许猫纠缠，而不是心灵传输的沟通。我们提供了一个两步启发式解决这个专门的设置：（i）使用禁忌搜索找到一个分配的量子位的计算机，以及（ii）使用迭代贪心算法设计的一个约束版本的集合覆盖问题，以确定猫纠缠操作所需的本地执行门。对于一般情况下，这允许两种形式的通信，我们提出了两种算法，将量子电路细分为几个部分，并在每个部分上应用启发式的专门设置。然后使用远距传送将每个部分的解决方案缝合在一起。最后，我们模拟我们的算法在广泛的随机生成的量子网络和电路，并研究其结果的性质与几个不同的参数。
2022-06-13 cs.ET quant-ph
Hardware Architecture for a Quantum Computer Trusted Execution Environment
本文提出首个量子计算机可信执行环境硬件架构，利用诱饵控制脉冲混淆模拟控制脉冲，并在稀释制冷机内衰减诱饵脉冲，结合防篡改硬件和变分距离度量，实现对用户量子电路和数据的安全保护。
2023-08-07 cs.ET quant-ph
Quantum simulation and circuit design for solving multidimensional Poisson equations
许多方法通过使用网格技术在每个维度上离散问题来求解泊松方程。这些算法中的大多数都受到维数灾难的影响，因此它们需要指数运行时间。在论文“量子算法和电路设计解决泊松方程”中，量子算法在polylog时间内运行，以产生代表泊松方程解的量子状态。本文在经典计算机上对基于该算法的扩展电路设计进行了量子模拟。我们的目的是测试一个有效的电路设计，可以打破量子计算机上的维数灾难。由于希尔伯特空间的指数上升，这种设计在少量量子位上进行了优化。我们使用微软的量子开发工具包及其理想量子计算机的模拟器来验证该算法的正确性。
2020-06-16 cs.ET quant-ph
Study of Decoherence in Quantum Computers: A Circuit-Design Perspective
量子态的退相干是实现可扩展和可靠量子计算的主要障碍。较低的退相干（即，更高的保真度）可以减轻纠错开销并减少对能量密集型降噪技术的需要（例如，低温冷却在本文中，我们使用基于物理的模拟方法对单量子比特和多量子比特量子门进行了噪声诱导的退相干分析。分析表明：（1）退相干依赖于输入态和门类型。较大数量的$|1\rangle$状态恶化的退相干;（ii）振幅阻尼比相位阻尼更有害;（iii）较短的深度实现的量子函数可以实现较低的退相干。仿真结果表明，使用较低的深度拓扑结构实现时，量子加法器的保真度提高了20%。电路设计人员可以利用本文中开发的见解来选择正确的门和逻辑实现，以优化系统级保真度。
2019-04-08 cs.ET quant-ph
Distributing Quantum Circuits Using Teleportations
本文针对异构量子计算机网络中的量子电路分发问题，提出Local-Best和Zero-Stitching两种算法以最小化隐形传态通信成本，实验表明其性能比先前方法最高提升50%。
2023-05-31 cs.ET quant-ph
Hybrid Circuit Mapping: Leveraging the Full Spectrum of Computational Capabilities of Neutral Atom Quantum Computers
针对中性原子量子计算机，提出首个结合高保真门相互作用与量子比特穿梭的快速混合编译器，通过解决编译复杂性并支持多量子比特门路由，充分利用其全频谱计算能力以提升电路映射与路由的保真度。
2023-11-23 cs.ET 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
Parallel Entangling Operations on a Universal Ion Trap Quantum Computer
量子计算机的电路模型由量子比特（qubit）之间的门操作序列组成，这些序列来自通用的离散操作家族。执行并行纠缠量子门的能力在许多量子线路以及整个算法（例如Shor的因子分解算法和量子模拟）中提供了明显的效率增益。在诸如全加器和多控制Toffoli门的情况下，并行性可以在总体执行时间上提供指数级的改进。更重要的是，量子门并行性对于遭受空闲错误的量子比特的实际容错纠错是必不可少的。并行量子门的实现由于潜在的串扰而变得复杂，特别是在由共模总线完全连接的量子位之间，例如在库仑耦合的被俘获原子离子或腔耦合的超导传输中。在这里，我们提出了第一个实验结果的平行2量子比特纠缠门在一个阵列的完全连接的捕获离子量子比特。我们通过使用深度为4的量子线路在量子计算机上执行1位全加法运算来演示这种能力的应用。这些结果通过经典控制技术利用了高度连接的量子比特系统的能力，并为加速量子线路和实现捕获离子量子计算机的容错性提供了进展。
2018-10-29 cs.ET quant-ph
Accelerating Variational Quantum Algorithms Using Circuit Concurrency
变分量子算法（VQA）提供了一种很有前途的方法，以实现量子优势，在嘈杂的中间尺度量子时代。在这个时代，量子计算机经历高出错率，并且量子错误检测和校正是不可行的。VQA可以利用噪声量子位与经典优化算法相结合来解决难题。然而，VQA相对于它们的经典对应物仍然很慢。因此，有必要提高自愿质量保证机构的业绩，使其具有竞争力。虽然随着问题规模的增加，VQA的性能会更好，但提高其性能将使其更快成为可行的选择。在这项工作中，我们表明，电路级并发提供了一种手段，以提高性能的变分量子算法在嘈杂的量子计算机。这涉及到将同一电路（程序）的多个实例同时映射到量子计算机上，这允许在每次训练迭代中并行收集变分量子算法中的多个样本。我们证明，这种技术提供了一个线性增加的训练速度时，同时运行的量子电路的数量增加。此外，即使具有悲观出错率，并发量子电路采样也可以将量子近似优化算法加速高达20倍，同时具有低映射和运行时间开销。
2021-09-03 cs.ET quant-ph
Improving the Reliability of Quantum Circuits by Evolving Heterogeneous Ensembles
针对量子电路设计难、可靠性待提升的问题，该研究开发工具QuEEn，用进化算法生成异构量子电路集成，在Iris分类任务的理想与含噪仿真中均优于同构集成，为NISQ时代提升量子电路可靠性提供有效策略。
2024-09-13 cs.ET quant-ph
Automated optimization of large quantum circuits with continuous parameters
我们开发和实现自动化的方法来优化量子线路的大小和类型的预期量子计算，优于经典计算机。我们展示了如何处理连续门参数，并报告了一系列能够优化大规模量子线路的快速算法。对于所考虑的基准套件，我们获得了门数的大幅减少。特别是，我们提供了更好的优化在显着更少的时间比以前的方法，同时使最小的结构变化，以保持底层量子算法的基本布局。我们的研究结果有助于弥合可以在现有硬件上运行的计算与预期优于经典计算机的计算之间的差距。
2018-06-01 cs.ET quant-ph
Pauli Error Propagation-Based Gate Reschedulingfor Quantum Circuit Error Mitigation
在噪声量子计算机上运行的噪声中间尺度量子（NISQ）算法应该仔细设计，以提高输出状态的保真度。虽然已经提出了几种编译方法来最大限度地减少电路错误，但它们通常会忽略不影响电路深度或门数的详细电路结构信息。在量子门的错误率存在空间变化的情况下，调整电路结构可以在减轻错误方面发挥主要作用。在本文中，我们利用门重排的自由度的基础上的交换规则，显示门错误传播路径的影响的输出状态的保真度的量子线路，提出先进的预测技术，以项目的成功率的电路，并开发一个新的编译阶段后量子线路映射，以提高其可靠性。我们提出的方法已被验证使用各种量子线路与不同的成功指标，这是在IBM量子计算机上执行。我们的研究结果表明，重新调度量子门的错误传播路径的基础上，可以显着提高的量子线路的保真度在可变的门错误率的存在。
2022-01-31 cs.ET quant-ph
Exhaustive Search for Quantum Circuit Optimization using ZX Calculus
本文提出基于ZX演算和深度优先穷举搜索的量子电路优化方法，通过剪枝规则保证终止，并在100个标准电路上验证后集成到PyZX和Qiskit中。
2025-05-08 cs.ET quant-ph
Quantum Circuit Compiler for a Shuttling-Based Trapped-Ion Quantum Computer
Johannes Gutenberg University（约翰内斯·古腾堡大学）
本文提出一种基于Pytket的编译器，用于穿梭型离子阱量子计算机的电路转换与优化，可将门数较标准Pytket减少5.1倍、较Qiskit减少2.2倍。
2023-11-02 cs.CL cs.ET quant-ph
Towards Distributed Quantum Computing by Qubit and Gate Graph Partitioning Techniques
针对分布式量子计算中纠缠生成与纯化的时间内存开销权衡问题，提出两种基于图表示的量子电路划分方法，通过METIS算法划分并经SeQUeNCe模拟器验证，发现最优划分技术取决于具体电路。
2023-10-05 cs.ET quant-ph
Novel Design of Quantum Circuits for Representation of Grayscale Images
量子计算的出现影响了世界各地的研究人员用有前途的技术来解决大量的计算问题。计算问题的解决方案的可行性，以及各种信息的表示，可能允许量子计算在不久的将来取代经典计算机。其中一个挑战是在量子计算机中表示数字图像。已经做了一些工作，使之成为可能。一种这样的有前途的技术，称为量子概率图像编码，需要最少数量的量子比特，其中n个像素的强度表示为log_2（n）量子比特的状态向量。虽然已有量子线路设计技术可以得到任意的态矢量，但它们考虑的是一般希尔伯特空间中的态矢量。但对于图像数据，仅考虑实向量空间就足够了，这可以将电路限制在较小的门集合中，并且可能可以减少所需的门的数量。在本文中，这种量子线路的建设已被提出。
2023-02-09 cs.ET quant-ph
Computer-aided quantization and numerical analysis of superconducting circuits
新的超导电路的开发和现有电路的改进依赖于光谱特性的准确建模，这是实现量子比特性能所需进步的关键。在集总元件水平上的系统电路分析，从电路网络开始，并以适当描述电路的量子特性的哈密顿量为终点，是一个完善的程序，但对于较大的电路来说，手动执行很麻烦。我们目前的工作，利用符号计算机代数和数值对角化例程多才多艺，足以应付各种电路。这项工作的结果可以通过scqubits包的一个新发布的模块访问。
2022-07-02 quant-ph
Mitigating depolarizing noise on quantum computers with noise-estimation circuits
当前量子计算机的一个重要问题是噪声。虽然存在许多不同的噪声通道，但去极化噪声模型通常适当地描述了涉及许多量子位和门的大型电路的平均噪声。我们提出了一种方法来减轻去极化噪声，首先估计其速率与噪声估计电路，然后使用估计的速率校正的目标电路的输出。通过对海森堡模型的仿真，验证了该方法的有效性.我们发现，我们的方法结合读出错误校正，随机编译，和零噪声外推产生的结果接近精确的结果，即使是包含数百个CNOT门的电路。
2021-03-15 quant-ph
Mapping Quantum Circuits to Ions in Storage Ring Quantum Computer Architectures
研究了储存环量子计算机中量子线路到离子态量子比特的映射。提出了用于将这样的量子比特映射到存储环量子计算机的串行、并行和混合架构。在多离子、窗口和激光器方面，离子主义是SRQC架构的重要组成部分。一个“前任问题”，在这样的架构中出现的确定和解决方案提出。代表性的数值大小和定时计算。整个方法非常通用，并扩展到几个实施选项。确定了开放性问题。
2022-05-22 quant-ph
An Improved Volumetric Metric for Quantum Computers via more Representative Quantum Circuit Shapes
在这项工作中，我们提出了一个推广目前最广泛使用的量子计算硬件度量称为量子体积。量子卷指定了一系列随机测试电路，这些随机测试电路被定义为使得逻辑电路深度等于计算中使用的量子位的总数。然而，这种方形电路形状并不直接涉及人们可能希望使用量子计算机的许多特定应用。基于对已知量子算法的可用资源估计的调查，我们将量子体积推广到少数代表性的电路形状，我们称之为量子体积类，基于逻辑电路深度（时间）与问题大小（量子比特数）的缩放行为。
2022-07-14 quant-ph
Superposition States on Different Axes of the Bloch Sphere for Cost-Effective Circuits Realization on IBM Quantum Computers
提出利用布洛赫球Y轴与IBM原生sqrt(X)门制备叠加态，替代Hadamard门，确保编译后量子电路成本更低。
2023-11-15 quant-ph
Experimental accreditation of outputs of noisy quantum computers
我们提供并实验证明了一个认证协议，上限之间的变化距离的任意量子计算的输出的噪声和无噪声的概率分布。我们认可了在可编程超导硬件上执行的24个量子线路的输出，从10个量子比特上的深度9个电路到4个量子比特上的深度21个电路。我们的协议需要实现“目标”量子线路以及一些随机Clifford电路，并随后对这些Clifford电路的输出进行后处理。重要的是，Clifford电路的数量被选择以获得具有期望的置信度和精度的界限，并且与目标电路的大小和性质无关。因此，我们展示了一种实用且可扩展的方法，用于确定任意大小的噪声量子计算机输出的正确性-计算机本身效用的最终仲裁者。
2021-09-27 quant-ph
Suggestion on Quantum Computer Circuits
对于量子计算机电路，除了目前使用的紧致图之外，还提出了一个扩展的子图系统，符合量子力学叠加公理。用这些建议的图表示每个过程等价于该过程的代数表示法。
2013-09-30 quant-ph
Simultaneous estimation of multiple eigenvalues with short-depth quantum circuit on early fault-tolerant quantum computers
提出MM-QCELS方法，在早期容错量子计算机上同时估计多个本征值，电路深度达海森堡极限，仅需一个辅助量子比特，数值上比QPE缩短约两个数量级。
2023-10-01 quant-ph
Training of Quantum Circuits on a Hybrid Quantum Computer
生成式建模是机器学习的一种，其应用范围从计算机视觉到化学设计。它有望成为最适合利用近期量子计算机提供的额外资源的技术之一。我们实现了一个数据驱动的量子线路训练算法的规范的酒吧和条纹数据集使用量子经典混合机。训练通过在捕获离子量子计算机上运行参数化电路进行，并将结果馈送到经典优化器。我们应用两个独立的策略，粒子群和贝叶斯优化这个任务。我们表明，量子线路的收敛到目标分布的量子硬件和经典的优化策略，关键取决于。我们的研究代表了高维通用量子线路的首次成功训练，并强调了与混合学习方案相关的承诺和挑战。
2019-10-31 quant-ph
Method for simulating open-system dynamics using mid-circuit measurements on a quantum computer
提出一种利用中间电路测量和重置在量子计算机上模拟开放电子系统动力学的方法，无需额外量子比特，并在IBM量子计算机上验证，可普遍适用。
2025-06-18 quant-ph
Quantum computer of wire circuit architecture
第一台固态量子计算机是用transmons（库珀对盒）制造的。由于在超导材料的温度下使用了许多以固定频率工作的刚性铜盒，计算机的操作受到限制。在这里，我们提出了一种新的量子计算机架构的基础上，许多耦合的量子节点包含受控的原子（分子）系综的柔性线电路。我们展示了所提出的计算机的广泛机会。首先，我们揭示了外部光子量子比特到多模量子存储节点的完美存储，并证明了任意节点之间量子比特的可逆交换。我们找到了电路中原子的最佳参数和用于量子处理的自量子模式。实验上观察到了酞菁锂分子系综在微波辐射下的理想存储。然后，我们还首次展示了通过在电路节点中使用适当的原子频移来实现两个任意节点直接耦合的有效基本两量子比特门。提出的双量子比特门运行速度与节点中的原子数量成比例地急剧加速。对于大量的电路节点，可以实现直接耦合和加速的双量子比特门。最后，我们描述了二维和三维可扩展的架构，为构建在室温下运行的通用多量子比特量子计算机铺平了道路。
2010-01-07 quant-ph
Optimization of Quantum Circuit Mapping using Gate Transformation and Commutation
本文研究了噪声中尺度量子计算机的量子线路映射问题。由于NISQ计算机将两个量子比特的操作限制在有限的耦合上，因此输入电路必须转换为服从约束的等效输出电路。转换通常需要额外的门，这可能会影响电路运行的准确性。基于以前的工作量子线路映射，利用门换向规则，本文显示了算法，利用变换和换向规则。在标准基准数据集上的实验证实，与现有的最佳算法相比，具有更多规则的算法可以找到更好的电路映射。
2019-10-18 cs.DS cs.ET quant-ph
Implementation of a general single-qubit positive operator-valued measure on a circuit-based quantum computer
我们推导出一个确定性协议，以实现一个通用的单量子比特POVM的近期基于电路的量子计算机。该协议具有模块化结构，使得$n$元素POVM被实现为$(n-1)$电路模块的序列。每个模块执行一个$2$元素POVM。该协议的两个变化，一个是最佳的辅助量子比特的数量，另一个是最佳的量子比特门操作的数量和量子线路的深度。我们使用该协议在两个公开的量子计算设备上实现了$2$和$3$元素POVM。我们得到的结果表明，实现非平凡的POVM可能是在目前的噪声量子计算设备的范围内。
2020-01-14 quant-ph
Deutsch Algorithm on Classical Circuits
著名的Deutsch算法（DA）和Deutsch-Jozsha算法（DJA）都被用来证明量子计算机优于经典计算介质的能力。在这些理论实验中，已经表明量子计算机可以在几个步骤内确定地找到答案，尽管经典电子系统必须比量子计算机进行更多的迭代。本文证明了用普通电子器件构成的经典计算系统可以完成与量子计算机相同的任务。DA和DJA量子线路的作用就像一台模拟计算机，因此将经典数字计算机的比特与量子计算机的量子比特进行比较是不公平的。模拟信号承载线当然将比没有串行通信协议的位承载线承载更多的信息。
2008-03-21 quant-ph
Support Vector Machines on Noisy Intermediate Scale Quantum Computers
Ericsson Research（爱立信研究院）
支持向量机算法被认为是在无线电接入网络中实现自动化的关键。具体而言，它们在基于设备和网络级指标预测视频流的用户体验质量方面至关重要。量子支持向量机是经典支持向量机算法的量子模拟，它利用量子计算机的特性以指数方式加速算法。在这项工作中，我们推导出一个优化的预处理单元的量子SVM，允许分类任何二维数据集是线性可分离的。我们还提供了一种核矩阵生成电路的结果读出方法，以避免量子层析成像，这反过来又降低了量子电路深度。我们还推导出一个量子SVM系统的基础上优化的HHL量子电路与减少电路深度。
2019-09-26 cs.ET cs.LG quant-ph
Quantum circuit compilation with quantum computers
本文提出利用量子计算机执行量子电路编译的新方法，并通过量子退火与模拟退火在Trotter化哈密顿量模拟和量子傅里叶变换上验证其有效性，展示了随电路规模增长的保真度增益优势。
2025-09-24 quant-ph
Quantum Supremacy Circuit Simulation on Sunway TaihuLight
随着工业界和学术界的快速进步，数十个量子比特甚至更大尺寸的量子计算机正在实现。然而，现有量子计算机的保真度通常会随着电路深度的增加而急剧下降。因此，一个理想的量子线路模拟器在经典计算机上，特别是在高性能计算机上，需要基准测试和验证。我们设计了一个通用随机量子线路的大规模模拟器，通常被称为“量子霸权电路”，并在神威太湖之光上实现。该模拟器可以完成以下两个任务：1）计算一个完整的输出状态向量; 2）计算一个或几个振幅。我们的目标是49量子位电路的模拟。对于任务1），我们成功地模拟了深度为39的电路，对于任务2），我们达到了55的深度水平。据我们所知，这两个模拟结果都达到了49量子比特量子霸权电路的最大深度。
2018-08-13 quant-ph
Validating quantum computers using randomized model circuits
我们引入了一个单一的数字度量，量子体积，可以使用一个具体的协议在近期的量子计算机的适度大小（$n\lesssim 50$）测量，并测量它在几个国家的最先进的transmon设备，发现值高达16。量子体积与系统错误率有关，并且通过系统内不受控制的相互作用而经验性地减少。它量化了计算机成功实现的宽度和深度相等的最大随机电路。具有高保真操作、高连接性、大校准门集合和电路重写工具链的量子计算系统预计具有更高的量子体积。量子卷是一种实用的方法，可以测量和比较近期量子计算和纠错实验在改善全系统门错误率方面的进展。
2019-10-11 quant-ph
Analysis of Error Propagation in Quantum Computers
大多数量子门误差可以用两种误差模型来表征，即概率误差模型和克劳斯误差模型。我们证明了对于具有这两种模型中的任一种或两者的混合的量子线路，Frobenius范数的传播误差的上界为$2(1 - (1 - r)^m)$，其中$0 \le r < 1$是与量子比特数和电路深度无关的常数，$m$是电路中的门数。在IBM Vigo量子计算机上对合成量子线路和量子傅里叶变换电路进行了数值实验，验证了我们的分析结果，表明我们的上界是紧的.
2022-09-04 quant-ph
MUQUT: Multi-Constraint Quantum Circuit Mapping on Noisy Intermediate-Scale Quantum Computers
量子技术领域的快速发展为研究人员提供了实验量子线路和模拟小规模量子程序的真正可能性。然而，当前可用的量子比特的质量和环境噪声对量子线路的平稳执行提出了挑战。因此，有效的设计自动化流程映射到噪声中间尺度量子（NISQ）计算机给定的算法变得至关重要。最先进的量子设计自动化工具主要集中在减少逻辑深度，门数和量子位数，最近强调拓扑感知（最近邻符合性）映射。在这项工作中，我们扩展的技术映射流程，同时考虑拓扑和门保真度的约束，同时保持逻辑深度和门数作为优化目标。我们提供了一个全面的问题制定和多层方法来解决它。建议的自动化流程与商业量子计算机兼容，如IBM QX和Rigetti。对10个标准量子线路的仿真结果表明，该电路的保真度最高可提高3.37倍，平均提高1.87倍。
2019-11-16 quant-ph
Polynomial Simulations of Decohered Quantum Computers
我们正式定义解相干量子计算机（使用密度矩阵），并提出了一个模拟他们的概率经典图灵机。我们研究了两种情况下的模拟的减速：（1）顺序量子计算机，或量子图灵机（QTM），和（2）并行量子计算机，或量子线路。本文表明，退相干量子计算机的计算能力强烈依赖于计算中的并行量。对于任何非零的退相干率，QTM的模拟的预期减速在量子计算的时间和空间上是多项式的。这意味着受到任何数量的噪声的QTM是毫无价值的。对于退相干量子线路，情况更加微妙，取决于退相干率η。我们发现，我们的模拟是有效的电路的退相干率高于一些常数，但指数的退相干率低于其他一些常数的一般电路。通过计算机实验，我们证明了在较短的退相干率范围内从指数代价到多项式代价的转变，并展示了各种量子线路中的相变。
1996-11-17 quant-ph
A circuit-differentiation framework for Green's functions on quantum computers
IBM Research Europe -- Zurich（IBM欧洲苏黎世研究中心）
本文提出一种在量子计算机上计算 retarded 格林函数的框架，通过将评估转化为电路微分问题，利用电路扰动直接表示外部扰动力，展示了两种随机估计器方法，并在相互作用自旋和费米模型中验证了动态相关性的准确性。
2026-04-06 quant-ph
Scalable quantum computer with superconducting circuits in the ultrastrong coupling regime
到目前为止，超导量子计算机对量子比特的连通性有一定的限制，比如最近邻耦合。为了克服这一限制，我们提出了一种可扩展的架构，通过分散耦合的量子总线同时连接几对遥远的量子位。总线的构建模块由正交共面波导谐振器组成，通过工作在超强耦合区的辅助通量量子比特连接。这种机制激活了虚拟过程，增强了有效的量子位-量子位相互作用，从而在纳秒时间尺度上产生了量子门。相互作用是可切换的，并且保持量子比特的相干性。
2020-08-06 quant-ph
Solid state multi-ensemble quantum computer in waveguide circuit model
利用人造原子--超导共振器中的传输子，首次实现了固态量子计算机。在这里，我们提出了一种新的架构的灵活和可扩展的量子计算机的基础上耦合的波导电路的多个量子节点的受控原子系综。首次找到了多量子比特光子场量子存储效率达到100{%}时原子和电路的最佳参数，并从实验上证实了预言的理想存储。然后，我们揭示了量子存储节点和任意其他节点之间的量子比特可逆转移的自模式。我们找到了一种实现iSWAP门通过直接耦合的两个任意节点的处理速率成比例地加快在节点中的原子数。该电路可以同时实现大量的双量子比特门，实现并行量子处理。提出了实现$iSWAP$和$\sqrt {iSWAP} $量子门的动态相干消除过程和集体封锁机制。
2010-09-29 quant-ph
Scalable randomized benchmarking of quantum computers using mirror circuits
量子门的性能通常使用某种形式的随机基准来评估。然而，现有的方法对于超过大约五个量子比特变得不可行。在这里，我们展示了如何使用一个简单的和可定制的电路类-随机镜像电路-执行可扩展的，强大的，灵活的Clifford门随机基准。我们表明，这种技术近似估计了平均多量子位逻辑层的保真度，并且我们使用了高达225个量子位的模拟，物理上真实的错误率在0.1-1%的范围内，以证明其可扩展性。然后，我们使用云量子计算平台的多达16个物理量子位来证明我们的技术可以揭示和量化多量子位电路中的串扰误差。
2022-10-10 quant-ph
Quantum simulation dynamics and circuit synthesis of FMO complex on an NMR quantum computer
近年来，作为一个开放量子系统的捕光复合物在弱耦合和强耦合下的动力学模拟受到了广泛的关注。在本文中，我们研究了一个数字量子模拟方法的Fenna-Matthews-Olson（FMO）的光合色素-蛋白质复合物包围马尔可夫浴，即，基于核磁共振（NMR）量子计算机的无记忆。为此，我们应用去耦（再耦合）的方法，这是关闭（上）的耦合和Solovay-Kitaev技术分解成有效的基本门的NMR模拟器上的哈密顿和Lindbladian。最后，根据开放系统动力学中系统与环境的相互作用，设计了幺正部分和非幺正部分的量子线路。
2020-10-01 quant-ph
Quantum circuits for the preparation of spin eigenfunctions on quantum computers
量子算法在多粒子量子系统研究中的应用需要能够准备与所研究系统行为相关的波函数。哈密顿对称性是对相关多粒子波函数进行分类和提高数值模拟效率的重要工具。本文介绍了在量子计算机上精确和近似制备总自旋本征函数的量子线路。两种不同的策略进行了讨论和比较：精确的递归构造的总自旋本征函数的基础上的角动量加法定理，和启发式近似的总自旋本征函数的基础上变分优化的一个合适的成本函数。详细说明了这些量子线路的构造，并在IBM量子器件上演示了总自旋本征函数的制备，重点是三角形连通图上的3-和5-自旋系统。
2022-02-19 quant-ph
Constant-Depth Circuits for Dynamic Simulations of Materials on Quantum Computers
材料的动态模拟是近期量子计算机的一个有前途的应用。然而，当前的哈密顿模拟算法产生的电路随着模拟时间的增加而深度增长，将可行的模拟限制在短时间动态。在这里，我们提出了一种方法，用于生成电路，是恒定的深度随着模拟时间的一个子集的一维材料哈密顿，从而使模拟任意长的时间。此外，通过去除对可行模拟时间步长的数量的有效限制，恒定深度电路允许将模拟分解为任意多个时间步长，从而使Trotter误差小到可以忽略。这些恒定深度电路由最近邻量子比特上的两个量子比特匹配门组成，基于一组多匹配门身份关系构建。对于$N$ -自旋系统，恒定深度电路仅包含$\mathcal{O}(N^2)$ CNOT门。与标准的哈密顿模拟算法相比，我们的方法生成的电路具有数量级更少的门，这使我们能够在可用的量子硬件上成功模拟具有多达5个自旋的系统的长期动态。这为科学和技术相关的量子材料的长时间动力学模拟铺平了道路，从而能够观察有趣和重要的原子级物理。
2021-04-13 quant-ph
Initial-State Dependent Optimization of Controlled Gate Operations with Quantum Computer
将量子算法编码到量子线路中没有唯一的方法。由于量子比特数、连通性和相干时间有限，量子线路优化对于充分利用近期量子器件至关重要。我们介绍了一种新的电路优化称为AQCEL，其目的是删除冗余的受控操作从受控门，取决于电路的初始状态。特别是，AQCEL可以通过使用量子计算机识别零振幅计算基态，从多项式计算资源中的多控制门中去除不必要的量子位控制，即使所有相关量子位都纠缠在一起。作为基准，AQCEL部署在量子算法上，该算法旨在模拟高能物理中的终态辐射。对于这个基准测试，我们已经证明了AQCEL优化的电路可以用更少的门产生等效的最终状态。此外，当将AQCEL与有噪声的中间尺度量子计算机一起部署时，它有效地产生了一个量子线路，该量子线路通过截断低于某些阈值的低幅度计算基态来以高保真度近似原始电路。我们的技术对各种各样的量子算法都很有用，为进一步简化量子线路以使其更有效地用于实际设备开辟了新的可能性。
2022-11-11 quant-ph
A volumetric framework for quantum computer benchmarks
我们提出了一个非常大的家庭的基准探测量子计算机的性能。我们称它们为体积基准（VB），因为它们概括了IBM用于测量量子体积的基准\cite{Cross18}。量子体积基准定义了一系列方形电路，其深度$d$和宽度$w$相同。体积基准定义了一系列矩形量子线路，其中$d$和$w$是解耦的，以允许时间/空间性能权衡的研究。每个VB都定义了从电路形状-- $(w,d)$对--到测试套件$\mathcal{C}(w,d)$的映射。测试套件是共享公共结构的测试电路的集合。给定电路形状的测试套件$\mathcal{C}$可以是单个电路$C$、必须全部运行的电路$\{C_1\ldots C_N\}$的特定列表，或者配备有分布$Pr(C)$的大量可能电路。在一个给定的VB中，电路共享一个结构，这只受设计者创造力的限制。我们列出了一些已知的基准测试，以及其他适合VB框架的电路家族：随机电路，周期电路和算法启发电路的几个家族。定义基准的最后一个要素是成功标准，它定义了处理器何时被判断为“通过”给定的测试电路。我们讨论几种选择。基准测试数据可以通过多种方式进行分析，以提取许多属性，但我们提出了一个简单的，通用的图形总结的结果，说明了帕累托前沿的$d$与$w$权衡处理器进行基准测试。[1]A. Cross等人，Phys. Rev. A，100，032328，2019年9月。
2020-11-16 quant-ph
Q-Map: Quantum Circuit Implementation of Boolean Functions
本文提出了一种名为Q-Map的可视化技术，利用布尔代数概念生成最少量子门的量子电路，实现经典布尔逻辑电路的量子化。
2023-08-03 cs.ET cs.LO quant-ph
On the depth overhead incurred when running quantum algorithms on near-term quantum computers with limited qubit connectivity
本文讨论了在近期量子计算机上运行量子线路时所产生的深度开销问题。具体来说，可以设想，近期的量子计算机将具有低量子比特连通性：每个量子比特将只能与其他量子比特的子集进行交互，这一现实通常由量子比特交互图表示，其中顶点表示量子比特，边表示可能的直接2-量子比特交互（门）。因此，通过将交换门引入到量子线路中以实现一般量子比特相互作用，必然会引起深度开销。本文证明了存在这样的量子线路：在量子位相互作用图为有限度的量子计算机上运行具有$n$量子位的量子线路时，必然会在$Ω(\log n)$中产生深度开销，但这种对数深度开销是可以实现的.后者通过构造4-正则量子比特相互作用图和相关的编译算法来示出，该编译算法可以仅以对数深度开销执行任何量子线路。
2020-07-28 quant-ph
Simulating Large Quantum Circuits on a Small Quantum Computer
有限的量子存储是近期量子器件的最重要的限制之一。了解小型量子计算机是否可以模拟更大的量子系统，或者执行需要更多量子比特的算法，无论是理论上还是实践上都很重要。本文介绍了量子线路的群参数$K$和$d$。这种电路的张量网络可以被分解成具有至多$K$量子比特的簇间量子通信的至多$d$大小的簇。我们提出了一个簇模拟方案，可以模拟任何$(K,d)$ -簇量子线路上的$d$ -量子比特机器的时间大致$2^{O(K)}$，进一步的加速时，考虑到更细粒度的电路结构。我们展示了我们的方案如何可以用来模拟集群量子系统-如大分子-可以划分成多个显着较小的集群之间的弱相互作用。通过使用一个合适的聚类分析，我们还实验证明，量子变分本征解算器仍然可以实现所需的性能估计的BeH $_2$分子的能量，同时运行在物理量子设备上所需的量子位数的一半。
2020-12-08 quant-ph
Exploiting Reset Operations in Cloud-based Quantum Computers to Run Quantum Circuits for Free
Northwestern University（西北大学）
本文揭示了通过滥用云量子计算机的重置操作，可免费运行量子电路，导致公司重大经济损失，并提出解决方案。
2025-12-16 cs.CR quant-ph
Quantum Proof of Work with Parametrized Quantum Circuits
尽管量子技术在过去十年中取得了巨大的进步，但对于具有少量噪声量子比特的量子计算机来说，仍然缺乏实际应用。展示量子霸权的努力主要集中在展示经典计算机根本无法完成的计算上，这是一个困难且有争议的目标。量子优势（相对于经典计算机的加速）是当今普通量子处理器的一个更实用的里程碑。在这项工作中，我们提出了一个量子计算机兼容的工作量证明（用于比特币挖矿的加密机制）方案，并在4量子比特超导量子节点上进行了验证。
2022-05-04 quant-ph
Loading Classical Data into a Quantum Computer
本文描述了一系列将经典数据加载到量子态中的量子线路。当加载$N$经典位时，结果量子态是$\log_2(N)$量子位阶。此外，数据加载电路的栅极深度为$\log_2(N)$量级。的数据加载过程中，如Holevo界的效率的限制进行了讨论。文中还讨论了将经典压缩技术与量子解压缩电路相结合等提高数据加载效率的方法。使用Quipper语言进行仿真，以验证电路的行为。
2018-03-05 quant-ph
