Nuwa: A Quantum Circuit Transpiler Based on a Finite-Horizon Heuristic for Placement and Routing
我们介绍了一种新的转译器的任意目标硬件架构上的量子线路的布局和布线。我们使用有限的地平线,并可选地折扣,奖励功能,以启发式地找到一个合适的位置和路由策略。我们采用有限的前瞻细化奖励函数时,打破多个政策之间的关系。我们将我们的转译器与多种替代解决方案和各种量子算法测试集进行基准测试,以证明我们方法的好处。
2022-12-22 quant-ph
Heuristic and Optimal Synthesis of CNOT and Clifford Circuits
University College London(伦敦大学学院)
本研究针对CNOT与Clifford电路,提出最优、A*及贪心三类综合算法,可最小化两量子比特门数量或电路深度,经基准测试性能优于现有方法,相关算法已在GitHub仓库开源。
2026-09-09 quant-ph
Near-Optimal Fidelity in Quantum Circuits through Incorporating Efficient Real-time Error Based Heuristics in Compiler Mappings
本文研究量子电路编译中的NP完全量子比特映射问题,提出结合实时错误反馈与设备连接信息的启发式方法CAES,在随机基准上相比基线平均提升1.62倍和1.934倍,成功率比最先进方法平均提升1.7倍。
2023-09-25 quant-ph
Synthesizing five-body interaction in a superconducting quantum circuit
多体相互作用哈密顿量的综合是量子模拟的一项核心任务。然而,合成包括两个以上自旋的相互作用是具有挑战性的。借用量子光学的工具,我们在超导量子线路中合成了五体自旋交换相互作用。在五体相互作用的动力学演化过程中,Greenberger-Horne-Zeilinger态在一个步骤中产生,保真度估计为$0.685$。我们比较了噪声对三体、四体和五体相互作用的影响,作为回答手性分子量子起源问题的一步。我们还展示了一个多体马赫-曾德尔干涉仪,它可能具有海森堡极限灵敏度。该研究为涉及多体相互作用和高激发态量子线路的量子模拟提供了一条途径。
2021-09-01 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
On the CNOT-complexity of CNOT-PHASE circuits
研究了由CNOT和Z基旋转组成的门集合上的HOCT最优量子线路综合问题。我们表明,电路多项式对应关系,这样的电路的傅立叶展开的伪布尔函数,并且对于某些类的功能,这种扩展唯一地确定了最小的CNOT成本的实施。作为一个推论,我们证明了CNOT最小化CNOT和相位门至少是一样难合成一个hocT最优电路计算一组奇偶校验的输入。然后,我们表明,这个问题是NP完全的两个限制的情况下,所有的CNOT门需要有相同的目标,并在电路输入编码在一个更大的状态空间。后一种情况下有应用程序的CNOT优化更一般的Clifford+T电路。我们进一步提出了一个有效的启发式算法综合电路CNOT和Z基旋转与小CNOT成本。我们的实验表明,在一套Clifford+T基准电路中,CNOT门平均减少了23%,最大减少了43%。
2018-08-13 quant-ph
Synthesizing an Optimal Spin Qubit Shuttling Bus Architecture for the Surface Code
Universitat Politècnica de Catalunya(加泰罗尼亚理工大学);University College Dublin(都柏林大学学院);Equal1 Labs(Equal1实验室);Universitat Politècnica de València(瓦伦西亚理工大学)
本研究提出了一种基于量子反向映射的新方法,为表面码设计最优自旋量子比特穿梭总线架构,通过混合整数优化和启发式算法实现高可扩展性和低错误率的量子纠错方案。
2026-02-07 quant-ph
Approximate Quantum Circuit Synthesis for Diagonal Unitary
针对NISQ时代量子电路综合问题,提出基于资源限制的对角幺正矩阵近似合成算法,可在普通笔记本上合成最多15量子比特的电路,在0%-12%误差范围内平均减少3.2ε的CNOT门,12量子比特合成需6.57秒、15量子比特约561.71秒。
2024-12-02 quant-ph
Quantum Circuit Transformation Based on Simulated Annealing and Heuristic Search
量子算法设计通常假设可以访问具有理想特性的完美量子计算机,如完全连通性,无噪声和任意长的相干时间。然而,在噪声中尺度量子(NISQ)器件中,量子比特的数量是高度有限的,并且量子操作误差和量子比特相干性是不可忽略的。此外,量子处理单元(QPU)中物理量子比特的连通性也受到严格限制。因此,必须插入像SWAP门的附加操作以满足该约束,同时保留原始电路的功能。这个过程被称为量子线路变换。增加额外的门将增加量子线路的尺寸和深度,并因此导致量子线路的性能的进一步衰减。因此,最大限度地减少增加的门的数量是至关重要的。在本文中,我们提出了一种有效的方法来解决这个问题。我们首先使用模拟退火选择一个初始映射,它适合与输入电路,然后,与一个启发式的成本函数的帮助下,逐步应用最佳选择的SWAP门,直到电路中的所有量子门可以执行。我们的算法运行在时间多项式中的所有参数,包括输入电路的大小和量子比特数,以及QPU中的量子比特数。它的空间复杂度是QPU中的边的数量的二次方。广泛的现实电路上的实验结果证实,所提出的方法是有效的,可以减少57%的平均输出电路的大小相比,最新的IBM量子设备即IBM Q20(东京)的最先进的算法。
2019-08-23 quant-ph
Faster and shorter synthesis of Hamiltonian simulation circuits
针对 Pauli 旋转量子电路综合,本文提出可优化纠缠门数量或深度、并可调节旋转顺序约束的贪心启发式方法,在 Hamiltonian 模拟基准上实现最高 4 倍深度压缩,还可优化通用电路。
2024-04-04 cs.DM quant-ph
Heuristic Quantum Advantage with Peaked Circuits
BlueQubit;University of Toronto(多伦多大学);Vector Institute for Artificial Intelligence(矢量人工智能研究所)
本研究设计HQAP峰值电路,在H2量子处理器上验证量子优势,证明相关判定问题为QCMA完全,提出量子安全加密应用,为可验证量子优势与硬件基准提供支撑。
2025-10-29 quant-ph
BQA: A High-performance Quantum Circuits Scheduling Strategy Based on Heuristic Search
当前,量子计算正以其高并行性和高计算能力为许多领域带来新的解决方案而高速发展。但是,由于芯片工艺技术的原因,很难在量子芯片上实现所有量子比特的完全耦合,因此在将量子线路编译到物理芯片上时,需要通过插入交换门的方式,确保双量子比特门作用于一对耦合的量子比特。当大量的交换门被插入时,会造成很大的额外成本,导致量子线路的执行时间变长。本文设计了一种基于业务的交换门插入方法BQA(Busy Qubits Avoid)。我们利用量子比特上门数量的不平衡,试图隐藏交换门的开销。与此同时,我们也希望交换门对后续的双量子位门产生尽可能小的负面影响。我们设计了一个启发式函数,可以同时考虑这两点。与qiskit相比,用我们提出的方法优化的电路的执行时间仅为qiskit编译电路的0. 5倍。当双量子比特门的数目较大时,它将达到比一般情况更高的水平。这意味着更高的执行效率和更低的去相干错误率。
2022-09-08 quant-ph
Linear Circuit Synthesis using Weighted Steiner Trees
本文针对连通性受限量子设备上的 CNOT 电路优化问题,提出使用加权斯坦纳树及低成本权重启发式方法,实验表明可将 CNOT 门数量减少最多 10%。
2024-08-07 quant-ph
Simple heuristics for efficient parallel tensor contraction and quantum circuit simulation
张量网络是各种计算科学的主要构建模块,从多体理论和量子计算到概率和机器学习。在这里,我们提出了一个并行算法的张量网络使用概率图模型的收缩。我们的方法是基于图论中的$μ$ -树宽删除问题的启发式解决方案。我们将所得算法应用于随机量子线路的模拟,并讨论了一般张量网络收缩的扩展。
2020-05-01 cs.DM quant-ph
Evolutionary Quantum Logic Synthesis of Boolean Reversible Logic Circuits Embedded in Ternary Quantum Space using Heuristics
Tohoku University(东北大学);Portland State University(波特兰州立大学)
实验证明,用高阶逻辑实现通用量子门在技术上和实践上都是可行的。我们提出了一种并行遗传算法,该算法可以综合布尔可逆电路,该电路由不同基的量子点上的各种量子门实现。为了使合成电路的中等规模的更高的基数量子空间,我们进行了实验,使用GPU加速遗传算法。使用加速GA,我们比较启发式改进的变异过程的基础上,成本最小化,自适应成本的原始和改进由于Baldwinian与拉马克GA。我们还描述了各种健身功能配方,允许各种实现众所周知的通用布尔可逆或量子概率电路。
2011-07-18 cs.AI quant-ph
Multi-qubit circuit synthesis and Hermitian lattices
本文提出多量子比特精确综合的新最优与启发式算法,利用埃尔米特格理论证明效率,并实现双量子比特电路运行时间与T计数成正比。
2024-05-29 quant-ph
Recursive Methods for Synthesizing Permutations on Limited-Connectivity Quantum Computers
针对有限连接性量子计算机的量子比特置换合成问题,提出结合可扩展启发式与精确合成的递归方法,适用于通用连接约束且性能近优,可用于优化量子体积电路编译并证伪相关旧猜想。
2022-12-02 cs.AR quant-ph
Efficient Quantum Walk Circuits for Metropolis-Hastings Algorithm
我们提出了一个详细的电路实现Szegedy的量化的Metropolis-Hastings步行。这种量子行走通常是相对于预言机来定义的。我们发现,这个预言的直接实现需要昂贵的算术运算,从而重新制定的量子行走的方式,绕过该特定的预言的实现,并密切关注经典的大都会黑斯廷斯步行。我们还提出了启发式量子算法,在离散优化问题的背景下使用量子行走,并数值研究其性能。我们的数值结果表明多项式量子加速启发式设置。
2020-06-25 quant-ph
Synthesizing efficient circuits for Hamiltonian simulation
本研究提出哈密顿量模拟电路编译新方法,通过对易项分组与贪心分配算法减少非Clifford门数量,在多模型化学模拟中实现1.8-3.2倍的门数降低,提升了Trotter类化学模拟的实用性。
2023-03-08 cs.DS quant-ph
Automated Generation of Layout and Control for Quantum Circuits
我们提出了一个量子线路的计算机辅助设计流程,完成自动布局和控制逻辑提取。为了激励量子线路的自动布局,我们研究了基于网格的布局,并显示了四倍的性能差异,因为我们改变网格结构和初始量子位的位置。然后,我们提出了两个多项式时间的设计算法:一个贪婪的算法,适用于小,无故障的量子线路和基于Anchallow的分析方法,以放置和路由的量子位的隐式初始布局。最后,我们表明,我们的基于启发式生成更好的布局比国家的最先进的自动化的基于网格的布局和调度机制的延迟和潜在的流水线,但在一些区域的成本。
2007-04-02 quant-ph
Quantum Circuit Simplification and Level Compaction
量子线路是描述量子计算过程的时间依赖图。通常,量子算法必须映射到量子线路中。量子线路的优化综合是一个棘手的问题,必须采用启发式方法。随着计算机技术的使用,电路的最优性不再得到保证。在本文中,我们考虑一种基于模板的局部优化技术来简化和减少非最优量子线路的深度。我们提出并分析了一般情况下的模板,并提供了具体的细节,由非,CNOT和受控平方非门电路。我们应用模板优化各种常见的电路实现多个控制Toffoli门和量子布尔运算电路。我们还展示了如何模板可以用来压缩的量子线路的水平的数量。我们的实现的运行时间是小的,而减少的量子门和数量的水平是显着的。
2008-02-27 quant-ph
Quantum Merlin-Arthur proof systems for synthesizing quantum states
本文研究了NP类的态合成对应物stateQMA,探讨了在全能但不可信证明者辅助下量子验证者准备量子态的复杂性,并取得了误差缩减、与其他态合成类的关系及完美完备性等成果。
2025-03-22 cs.CC quant-ph
Link-middle-cut lower bounds for Clifford circuit synthesis
Kvantify
本文扩展LMC框架至Clifford电路,提出可计算下界并证明对量子比特置换紧致,且作为A*启发式可提升最优性证明能力。
2026-09-14 quant-ph
Clifford circuit based heuristic optimization of fermion-to-qubit mappings
Joint Center for Quantum Information and Computer Science, NIST/University of Maryland(量子信息与计算机科学联合中心,美国国家标准与技术研究院/马里兰大学);North Carolina State University(北卡罗来纳州立大学);Blocq, Inc.(Blocq公司);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);TU Wien(维也纳科技大学)
本研究提出基于Clifford电路和模拟退火的启发式数值优化框架,用于设计费米子到量子比特映射,在多种哈密顿量上显著降低平均Pauli权重,优于传统及三叉树映射。
2025-02-17 quant-ph
Pattern or Not? QAOA Parameter Heuristics and Potentials of Parsimony
本文通过数值模拟系统研究QAOA参数模式,发现最优参数常偏离预期,深度增加时性能对参数不敏感,并提出迭代分量式固定启发式方法,在浅深度下可与甚至优于现有策略。
2025-10-09 quant-ph
Lie-Algebraic Analysis of Generators: Approximation-Error Bounds and Barren-Plateau Heuristics
Toyota Central R & D Labs., Inc.(丰田中央研究开发研究所)
本文通过李代数分析生成器,研究量子电路近似误差界与barren-plateau启发法,提出有效频率集扩展规则及基于生成器迹的启发式度量。
2026-02-17 quant-ph
(A Variant of) Clifford Circuit Synthesis is NP-Complete
Johannes Kepler University Linz(林茨约翰内斯·开普勒大学)
本研究证明最优Clifford电路综合的一个变体是NP难的,通过将3边可着色性归约到CZ门电路综合,并证明额外Clifford门无法改进深度,从而明确其复杂性边界。
2026-10-02 quant-ph
Uncomputation in the Qrisp high-level Quantum Programming Framework
本文针对量子计算中反计算电路合成繁琐的问题,在Qrisp高级量子编程框架中实现了基于改进版Unqomp的反计算电路自动生成功能,适配高级编程需求。
2023-07-21 quant-ph
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
Hardware Efficient Quantum Algorithms for Vibrational Structure Calculations
我们介绍了一个适用于近期量子器件的玻色子系统的基态和激发态能量的计算框架,并将其应用于分子振动非谐哈密顿量。我们的方法支持通用的参考模式基地和哈密顿表示,包括那些经常使用的经典振动结构计算。我们测试了不同的参数化的振动波函数,它可以被编码在量子硬件,无论是启发式电路或玻色子幺正耦合簇Anonymous。特别是,我们定义了一个新的紧凑的启发式电路,并证明它提供了最好的妥协电路深度,优化成本和准确性。我们评估的要求,量子位数和电路深度,计算振动能量的量子硬件,并比较它们与最先进的经典振动结构算法的分子与多达7个原子。
2020-03-27 quant-ph
Unitary synthesis with optimal brick wall circuits
Xanadu
本文提出了一种基于最优砖墙电路的量子电路,用于参数化SU(2^n)并证明其在n≤5时的通用性,同时扩展到子群SO(2^n)和Sp*(2^n)。
2025-11-20 quant-ph
A polynomial time and space heuristic algorithm for T-count
这项工作的重点是减少物理成本的实现量子算法时,使用最先进的容错量子纠错码,特别是那些实现T门消耗更多的资源比其他门的门设置。更具体地说,我们考虑了一组酉群,它可以由一个由Clifford+T门集(一个通用门集)组成的量子线路精确实现。我们的主要兴趣是计算一个给定的$n$ -量子比特酉$U$的电路,使用最小可能的T门数(称为酉$U$的T计数)。我们考虑的问题COUNT-T,其优化版本的目的是找到T计数的$U$。在其决策版本中,目标是决定T计数是否至多为某个正整数$m$。给定COUNT-T的一个预言,我们可以在$U$的T-计数和维数的时间多项式中计算T-计数最优电路。我们给出了一个可证明的经典算法,该算法求解时间上的COUNT-T(决策)$O\left(N^{2(c-1)\lceil\frac{m}{c}\rceil}\text{poly}(m,N)\right)$和空间上的$O\left(N^{2\lceil\frac{m}{c}\rceil}\text{poly}(m,N)\right)$,其中$N=2^n$和$c\geq 2$。这给出了用中间相遇技术的变体来解决这个问题的空间-时间权衡。我们还介绍了一个渐近更快的乘法方法,剃掉了$N^{0.7457}$的整体复杂性的一个因素。最后,除了对严格算法的改进之外,我们还给出了一种启发式算法,该算法在某些假设下输出T计数最优电路,并且具有…
2021-10-06 quant-ph
A Heuristic Study of Temperature: Quantum Circuitry in Thermal Systems
Independent(独立研究者)
本文提出复杂度窗口热力学框架,通过有限复杂度预算平滑热力学奇点,统一临界现象与黑洞信息问题,并揭示宇宙总复杂度与全息熵的量级关系。
2025-11-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Scalable Preparation of Matrix Product States with Sequential and Brick Wall Quantum Circuits
Zentrum für Optische Quantentechnologien, Universität Hamburg(汉堡大学光学量子技术中心);Department of Physics and Astronomy, University of Tennessee, Chattanooga(田纳西大学查塔努加分校物理与天文系);UTC Quantum Center, University of Tennessee, Chattanooga(田纳西大学查塔努加分校UTC量子中心);The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging, Universität Hamburg(汉堡大学超快成像中心)
本文提出一种结合启发式电路和变分优化的端到端MPS制备框架,通过阶梯和砖墙电路实现高效、高保真度的量子态制备,适用于大规模量子系统。
2026-02-12 quant-ph
Machine Learning Optimization of Quantum Circuit Layouts
量子线路布局(QCL)问题是映射一个量子线路,使得器件的约束条件得到满足。我们介绍了一个量子线路映射启发式算法QXX及其机器学习版本QXX-MLP。后者自动推断最佳QXX参数值,使得所布置的电路具有减小的深度。为了加速电路编译,在布局电路之前,我们使用高斯函数来估计编译电路的深度。这个高斯函数也会告诉编译器哪个电路区域对结果电路的深度影响最大。我们提出了经验证据的可行性学习的布局方法,使用近似。QXX和QXX-MLP为可行的大规模QCL方法开辟了道路。
2022-09-25 quant-ph
Compositional Quantum Heuristics for Max-Clique Detection
Quantinuum
本文提出组合量子电路方法,通过构建对称损失函数提升训练梯度和泛化能力,设计出具有排列等变性的量子图神经网络,用于最大团检测,并结合递归混合量子经典启发法提升推理精度和可扩展性。
2026-05-08 quant-ph
Time-optimal multi-qubit gates: Complexity, efficient heuristic and gate-time bounds
本研究证明时间最优多量子比特门合成是NP难的,给出特殊时间最优门的显式构造,提出多项式时间启发式合成算法,推导GZZ门时间上下界并推测其为O(n)标度,可实现更快更鲁棒的量子算法执行。
2024-03-05 quant-ph
Compilation of Fault-Tolerant Quantum Heuristics for Combinatorial Optimization
在这里,我们将探讨哪些启发式量子算法的组合优化可能是最实用的尝试在一个小型的容错量子计算机。我们编译电路的几个变种的量子加速模拟退火,包括那些使用qubitization或Szegedy散步,以避免经典的马尔可夫链和那些模拟的频谱间隙放大的哈密顿编码吉布斯状态。我们还优化了绝热算法,量子增强的人口转移,量子近似优化算法和其他方法的容错实现。这些方法中的许多方法都是通过调用相同的子程序来检查的;因此,无论哪种启发式方法在实践中最有效,都应该对这些原语的优化电路感兴趣。我们编译这些瓶颈的几个家庭的优化问题,并报告多久,什么规模的系统可以执行这些算法在表面码给定的资源预算范围。我们的研究结果不鼓励的概念,任何量子优化启发式实现只有二次加速将实现一个优势,在适度的超导量子位表面码处理器上的经典算法没有显着改善的表面码的实施。例如,在量子有利的假设下(例如,我们的分析表明,量子加速模拟退火将需要大约一天和一百万个物理量子比特来优化自旋玻璃,而经典模拟退火可以在大约四个CPU分钟内解决。
2020-08-05 quant-ph
Divide-et-impera Heuristic-based Randomized Search for the Qubit Routing Problem
University of Perugia(佩鲁贾大学);National Research Council (CNR)(国家研究委员会)
针对量子比特路由问题,提出DIRSH算法,采用分治启发式随机搜索策略,结合块分解、老虎机参数自适应调整及局部剪枝,在IBMQ Tokyo拓扑的RevLib基准测试中优于LightSABRE变体,提升量子电路路由性能。
2025-11-18 cs.ET quant-ph
A Hardware-Aware Heuristic for the Qubit Mapping Problem in the NISQ Era
由于量子硬件实现中的几个物理限制,今天的量子计算机被称为噪声中间尺度量子(NISQ)硬件。NISQ硬件的特点是量子比特数量少(50到几百个),操作噪音大。此外,目前实现的超导量子芯片在量子比特之间没有理想的全对全连接,而最多是最近邻连接。所有这些硬件限制都增加了补充的低级别要求。在将量子电路提交给实际芯片之前,需要解决这些问题。满足这些要求对程序员来说是一项乏味的任务。相反,使量子电路适应给定硬件的任务留给了编译器。在本文中,我们提出了一个硬件感知映射转换算法(HA),考虑到校准数据,旨在提高电路的整体保真度。IBM量子硬件上的评估结果表明,我们的HA方法可以超越最先进的额外的门的数量和电路保真度方面。
2020-10-06 cs.AR quant-ph
Quantum circuit architecture search on a superconducting processor
变分量子算法(VQA)已经显示出强有力的证据,可以在金融、机器学习和化学等不同领域获得可证明的计算优势。然而,现代VQA中采用的启发式算法无法平衡表达性和可训练性之间的权衡,这可能导致在有噪声的中间尺度量子(NISQ)机器上执行时性能下降。为了解决这个问题,在这里,我们展示了应用高效自动化设计技术的第一个原理验证实验,即,量子架构搜索(QAS),以增强8量子位超导量子处理器上的VQA。特别是,我们应用QAS定制的硬件高效的分类任务的anananterior。与启发式测试方法相比,QAS设计的测试方法将测试准确率从31%提高到98%。我们通过可视化损失景观和分析所有ansatze的有效参数来进一步解释这种优越的性能。我们的工作为开发可变ansatze以解决各种大规模量子学习问题提供了具体的指导。
2022-01-04 quant-ph
Quantum Optimization Heuristics with an Application to Knapsack Problems
本文介绍了两种技术,使标准的量子近似优化算法(QAOA)更适合于约束优化问题。第一种技术描述了如何使用先前贪婪经典算法的结果来定义初始量子态和混合操作以调整量子优化算法来探索围绕该初始贪婪解的可能答案。第二种技术用于推动量子探索,以避免贪婪解周围的局部极小值。为了分析这两种技术的好处,我们使用单位深度的量子线路在背包问题的已知困难实例上运行量子算法。结果表明,调整后的量子优化算法通常比各种经典算法表现得更好。
2022-02-03 quant-ph
The Quantum Approximate Optimization Algorithm performance with low entanglement and high circuit depth
变分量子算法构成了使用当前噪声量子计算机的最广泛的方法之一。然而,这是未知的,如果这些启发式算法提供任何量子计算加速,虽然我们不能模拟他们的经典的中间尺寸。由于纠缠是量子计算能力的核心,我们研究了它在这些启发式方法解决优化问题中的作用。特别地,我们使用矩阵乘积态来模拟量子近似优化算法与减少键维数$D$,一个参数限制系统纠缠。此外,我们限制模拟进一步确定性采样的解决方案。我们的结论是,纠缠在这里研究的MaxCut和精确覆盖3问题中起着次要的作用,因为模拟算法分析,高达$60$量子位和$p=100$算法层,表明它提供了键尺寸$D \approx 10$和深度$p \approx 30$的解决方案。此外,我们研究了近似算法模拟中的经典优化循环,使用$12$量子比特和深度达到$p=4$,并表明在低纠缠度下近似的最佳参数接近精确参数。
2022-07-07 quant-ph
Characterization, synthesis, and optimization of quantum circuits over multiple-control $\textit{Z}$-rotation gates: A systematic study
本文针对多控制 Z 旋转门量子电路,建立电路-多项式对应关系,提出最优门数综合方法与深度优化迭代算法,并在对角厄米算符和 QAOA 电路上实现电路深度平均降低 33.40% 和 15.55%。
2023-04-18 quant-ph
Synthesis of the Optimal 4-bit Reversible Circuits
可逆函数的最优综合是一个非平凡的问题。计算这种电路的主要限制因素之一是可逆函数的绝对数量。即使将合成限制为4位可逆函数,也会导致巨大的搜索空间(16!2^44个函数)。仅这样一个搜索的输出,仅计算列出每个函数的Toffoli门所需的空间,就需要超过100 TB的存储空间。在本文中,我们提出了一个算法,合成任何4位可逆规格的最佳电路。我们采用了几种技术,使问题易于处理。我们报告的结果,从几个实验,包括随机4位排列的合成,最佳合成的所有4位线性可逆电路,现有的基准函数的合成,和最佳电路的分布。我们的研究结果对量子线路的设计和优化、电路综合性能的测试以及量子信息处理领域的实验都具有重要意义。
2010-03-09 quant-ph
Optimal Approximation of Single Qubit Rotations within a Quantum Circuit
Classiq Technologies(Classiq 科技)
本文提出线性时间算法,解决多量子比特电路中近似策略的最优分配问题,将Magnitude与Diagonal近似映射到经典Ising模型,实现高效减少T门数量。
2026-05-10 quant-ph
Probabilistic tensor optimization of quantum circuits for the max-$k$-cut problem
本研究提出一种基于概率张量采样优化的变分量子电路优化技术,可缓解初始化问题、避免局部极小值,经求解最大k割问题的QAOA验证,其寻优效果优于经典优化方法。
2024-01-31 quant-ph
Exact Unitary Synthesis: Simultaneously Optimal in Size and Depth-Ancilla Tradeoff
Tencent Quantum Laboratory(腾讯量子实验室);T Lab(T实验室)
本文提出一种精确酉合成方法,利用高斯包络编码与坐标变换,在最优电路尺寸下同时实现渐近最优的深度-辅助量子比特权衡。
2026-10-07 quant-ph
Provably optimal exact gate synthesis from a discrete gate set
本研究针对容错量子计算需求,提出将离散门集合的精确线路合成问题转化为SAT实例的方法,可证明门数最优,支持多种扩展,适用于小型常用子线路的量子线路设计。
2025-03-19 quant-ph
Symbolic Synthesis of Clifford Circuits and Beyond
本文研究路径和的酉性判定与电路提取问题,证明酉性问题在Clifford路径和上可解,并提出从Clifford路径和综合C1-H-C2形式电路的算法,并推广至任意路径和,成功综合了量子傅里叶变换。
2023-11-15 quant-ph
Optimizing Parallel Execution of Commuting Pauli Product Rotations
The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校)
针对容错量子计算中因端口限制导致交换泡利乘积旋转组需拆分而增加电路深度的问题,提出团重排和生成器重构两种启发式方法,平均减少硬件限制深度10-20%,最高达50%。
2026-05-22 quant-ph
Mid-circuit measurement as an algorithmic primitive
本研究探究电路中间测量的算法价值,结合单比特QPE(哈达玛测试)与QAOA拟设,提出借助电路中间测量作低能滤波器、混合算符重填低能态的方法,经数值模拟和IBM真实硬件验证可有效放大地基态。
2025-09-02 quant-ph
Classical Verification of Quantum Advantage via Clifford Obfuscation
Visa Research, Visa Inc.(Visa研究部,Visa公司)
本文提出基于Clifford电路混淆的启发式方法,构建难经典模拟且输出分布可经典验证的量子电路,为实现可经典验证的量子优势提供新途径。
2026-08-18 quant-ph
Simultaneous excitation of two noninteracting atoms with time-frequency correlated photon pairs in a superconducting circuit
在这里,我们报告的第一个观察到的同时激发两个非相互作用的原子的超导电路中的一对时间-频率相关的光子。这个过程的强耦合制度,使合成的三体相互作用哈密顿量,这使得生成的三方格林伯格-霍恩-蔡林格状态在一个单一的步骤,保真度高达0.95。通过连续测量第一个光子是否被发射,我们进一步证明了抑制双原子同时激发的量子芝诺效应。该工作为多体相互作用哈密顿量的综合和纠缠的相干控制提供了一条新的途径。
2020-04-16 physics.optics quant-ph
A Heuristic Quantum-Classical Algorithm for Modeling Substitutionally Disordered Binary Crystalline Materials
提高能量计算的效率和准确性一直是材料信息学领域的重要和持续的兴趣,该领域将机器学习技术应用于计算材料数据。在这里,我们提出了一个启发式量子经典算法,有效地建模和预测替代无序二元晶体材料的能量。具体而言,设计和训练在晶格位点的数量上线性缩放的量子线路,以预测指数缩放特征空间中的量子化学模拟的能量。该电路使用从经典计算的量子化学模拟获得的数据通过经典监督学习进行训练。作为训练过程的一部分,我们引入了一个子例程,该子例程能够检测和纠正输入数据中的异常。该算法被证明在复杂的层状结构的锂钴酸盐系统,广泛使用的锂离子电池正极材料组分。我们的研究结果表明,所提出的量子线路模型提出了一个合适的选择,从这样的量子力学系统中获得的能量建模。此外,异常数据的分析提供了重要的见解研究系统的热力学性质。
2021-02-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-ph