Note on Logical Gates by Gauge Field Formalism of Quantum Error Correction
Graduate School of Informatics, Kyoto University（京都大学情报大学院）；Center for Quantum Information and Quantum Biology, University of Osaka（大阪大学量子信息与量子生物学中心）
本研究将量子CSS码的规范场形式论扩展，构造了S、Hadamard等一类逻辑门，证明其可分解为物理门且逻辑作用依赖同调类，为CSS码逻辑门提供了系统方法并揭示了相关领域的相互作用。
2026-09-01 hep-lat hep-th quant-ph
Valence bond solid formalism for d-level one-way quantum computation
d能级或量子点单向量子计算机（d1WQC）是用价键固体形式和广义泡利群描述的。这种形式主义提供了一个透明的手段，推导出测量模式的实施量子门的计算模型。我们引入了一个新的泛量子门集合，并用它给出了d1WQC的普适性的一个建设性证明。在这个模型中，我们对可以在一个并行时间步中执行的门的集合进行了优化。
2006-03-06 quant-ph
Geometric formalism for constructing arbitrary single-qubit dynamically corrected gates
实现高保真的量子控制和减少量子系统与其环境之间的耦合效应是发展量子信息技术的主要挑战。在这里，我们表明，存在一个几何结构隐藏在时间相关的薛定谔方程，提供了一个简单的方法来查看整个解决方案的脉冲，抑制噪声误差在系统的演变空间。在这个框架中，任何对一阶准静态噪声具有鲁棒性的单量子比特门都对应于一个封闭的三维空间曲线，其中实现鲁棒门的驱动场可以从空间曲线的曲率和扭曲中读出。对二阶鲁棒的门与闭合曲线一一对应，闭合曲线在三个相互正交的平面上的投影各自包围消失的净面积。我们使用这种形式主义，以获得新的例子，动态校正门产生的平滑脉冲。我们还展示了如何可以用来分析从数值算法，如GRAPE产生的脉冲的噪声消除特性。对于任意希尔伯特空间维度的量子系统，也存在类似的几何框架。
2019-08-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Extending matchgates into universal quantum computation
匹配门是与非相互作用费米子相关的双量子比特门家族。如果仅作用于最近的邻居，则它们是经典的可模拟的，但是如果我们放松该限制或使用SWAP门，则它们对于量子计算变得通用[Jozsa和Miyake，Proc.R. A 464，3089（2008）]。我们推广这一结果，证明任何nonmatchgate奇偶保持酉是能够扩展到通用量子计算的计算能力的matchgate。我们确定了单一的本地不变的宇称保持酉负责这一点，并讨论了相关的结果在费米子系统的背景下。
2011-06-09 quant-ph
An explicit tensor notation for quantum computing
该研究提出一种结合张量理论与多重线性映射的量子计算形式体系，可直观表示多量子比特态、可视化纠缠，保留希尔伯特空间结构并降低经典模拟量子门作用的计算成本，还建立了纠缠产生能力与量子门表示的关联。
2024-09-16 math-ph math.MP quant-ph
Filter Function Formalism and Software Package to Compute Quantum Processes of Gate Sequences for Classical Non-Markovian Noise
相关的，非马尔可夫噪声存在于许多固态系统作为主机的量子信息技术，显着复杂的现实理论描述这些系统。在这种情况下，噪声对量子门序列的影响不能通过级联孤立的量子操作来描述，如果环境相关时间在典型的门持续时间的尺度上。过滤器功能形式主义已成功地在这种经典的，非马尔可夫环境的影响下的相干性的衰减的特征，在这里，我们表明它可以被应用于描述量子操作形式主义内的单位演化。我们发现量子过程的精确结果和一个简单的组成规则的操作序列。这使得详细研究算法和周期性驱动系统的噪声相关性的影响。此外，我们指出该方法的数值应用的适用性，并提出了开源的Python软件包filter_functions。除其他事项外，它有助于计算噪声平均的传输矩阵表示的unital量子操作中存在的普遍经典噪声的任意控制序列。我们将所提出的方法应用于选定的例子。
2021-10-25 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
Limitations of the $g$-tensor formalism of semiconductor spin qubits
ELTE Eötvös Loránd University（厄特沃什·罗兰大学）；Institute of Physics, Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学物理研究所）；HUN-REN-BME-BCE Quantum Technology Research Group（匈牙利研究网络-布达佩斯技术与经济大学-布达佩斯经济与商业学院量子技术研究组）
研究发现，当使用两个驱动门进行单色驱动或一个驱动门进行双色驱动时，g-张量形式能有效描述动力学，但当使用两个不同驱动门进行双色驱动时，g-张量形式失效，需引入额外参数。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Extending Matchgate Simulation Methods to Universal Quantum Circuits
本文提出将可经典高效模拟的 matchgate 电路方法扩展到含少量通用门的量子电路，并给出随通用门数量 m 变化的资源复杂度标度。
2024-06-16 quant-ph
"Modes of the universe" study of two-photon deterministic, passive quantum logical gates
我们使用“宇宙模式”的方法来研究最近由Koshino，Ishizaka和Nakamura提出的腔介导的双光子逻辑门。我们澄清了更常用的输入输出形式主义之间的关系，和Koshino等人，并表明这个门的某些元素已经被其他作者所预见。我们的结论是，他们提出的门可以工作在良好的和坏的腔限制，只要脉冲是足够长的。我们的形式主义使我们能够估计分析的各种误差项的大小，并遵循的相互作用的过程中的场+腔系统的光谱演化。
2010-11-19 quant-ph
Quantum Lego Power-up: Designing Transversal Gates with Tensor Networks
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；Microsoft Quantum（微软量子）
利用量子积木形式设计支持可寻址反向门的代码，克服传统方法的限制，实现高效故障容忍计算。
2026-03-03 quant-ph
Gate Efficient Composition of Hamiltonian Simulation and Block-Encoding with its Application on HUBO, Chemistry and Finite Difference Method
Université Paris-Saclay CEA, List（巴黎萨克雷大学 CEA 列表研究所）
本研究提出统一多领域哈密顿量模拟的形式体系，通过区别于LCU的门分解策略减少量子门数量与电路深度，可实现精确模拟与块编码，在HUBO、费米子哈密顿量及有限差分法应用中均有优异表现。
2025-01-21 quant-ph
Analysis of Quantum Entanglement in Quantum Programs using Stabilizer Formalism
量子纠缠在量子计算和量子通信中起着重要的作用。它是许多协议和计算所必需的，但会对计算状态造成意想不到的干扰。因此，对量子程序中的量子纠缠进行静态分析是必要的。几篇论文研究了这个问题。他们认为，如果多个量子比特的幺正门被应用于它们，那么量子比特就会纠缠在一起，一些人使用每个分离的量子比特的状态信息来完善这一推理。然而，他们并不关心幺正门消除纠缠以及测量可能分离多个量子比特的事实。在本文中，我们扩展了以前的工作，使用稳定器形式主义。它改进了量子程序中量子变量可分性的推理。
2015-11-05 cs.PL quant-ph
Normalizer Circuits and Quantum Computation
（摘要摘要）在这篇论文中，我们引入了新的量子计算模型来研究量子加速在量子计算机算法中的出现。我们的第一个贡献是一个形式主义的限制量子操作，命名为规范化电路形式主义，基于量子位克利福德门（CNOT，Hadamard和$π/4$ -相位门）的代数扩展：规范化电路由量子傅立叶变换（QFT），自同构门和二次相位门相关联的一组$G$，这是一个阿贝尔群或阿贝尔超群。虽然克利福德电路是有效的经典模拟，我们表明，规范化电路模型包括肖尔著名的因式分解算法和量子算法的阿贝尔隐藏子群问题。我们开发了经典的模拟技术，以表征在何种情况下规范化电路提供量子加速。最后，我们设计了新的量子算法来寻找隐藏的超结构。这些结果为几个代数问题的量子加速源提供了新的见解。我们的第二个贡献是一个代数（群和超群理论）的框架，用于描述量子多体状态和经典模拟量子线路。我们的框架扩展了Gottesman的泡利稳定器形式主义（PSF），其中量子态被写为交换泡利算子的稳定器群的联合本征空间：虽然PSF对量子比特/量子系统有效，但我们的形式主义可以应用于离散和连续变量系统，混合设置和任意子系统。这些结果扩大了已知的家庭的量子过程，可以有效地经典模拟。本论文也建立了Shor量子演算法与稳定子形式主义之间的精确联系，揭示了几种量子加速与错误校正码的共同数学结构。
2016-11-28 cs.CC math-ph math.MP
The Parity Flow Formalism: Tracking Quantum Information Throughout Computation
University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Parity Quantum Computing GmbH（Parity量子计算有限公司）；Parity Quantum Computing Germany GmbH（Parity量子计算德国有限公司）
奇偶流范式通过标签跟踪量子信息流，实现高效量子电路设计和并行操作揭示。
2026-02-12 quant-ph
Efficient quantum gate teleportation in higher dimensions
Clifford层次结构是实现容错量子计算的关键量子门集合的嵌套序列。Clifford层次的对角门和“近对角”半Clifford门是特别重要的：他们承认有效的门隐形传态协议，实现这些门与更少的辅助量子资源，如魔术状态。尽管这些门的实际重要性，许多关于它们的结构的问题仍然是开放的;这在更高维度的量子点设置中尤其如此。我们的贡献是利用离散的Stone-von Neumann定理和量子稳定器力学的辛形式主义，以统一的方式将Zeng-Cheng-Chuang（2008）和Beigi-Shor（2010）的结果扩展到更高的维度。我们进一步给出了一个递归枚举Clifford层次所有门的简单算法，一个识别和对角化半Clifford门的简单算法，以及Cui-Gottesman-Krishna（2016）对单量子点情况下对角Clifford层次门分类的简明证明。我们推广的半克利福德门的有效的门隐形传态协议的qudit设置，并证明，每三个级别的门的一个qudit（任何素数维）和两个qutrits可以有效地实现。通过上述算法收集的数值证据支持更高级别的门可以有效地实现的猜想。
2020-10-30 math-ph math.MP math.RT
Runtime Reduction in Linear Quantum Charge-Coupled Devices using the Parity Flow Formalism
本文提出基于 Parity Flow 形式化的线性 QCCD 编译方法，在不增加双量子比特操作数的前提下消除物理 SWAP 门，从而缩短 QFT 与 QAOA 运行时间并提升相干时间内可用量子比特数。
2024-10-25 quant-ph
Extraspecial Two-Groups, Generalized Yang-Baxter Equations and Braiding Quantum Gates
本文描述了特殊2-群、辫群的酉表示和多量子比特辫量子门之间的联系。我们首先构造了超特殊2-群的新表示。通过对称群对后者进行扩展，构造了新的幺正辫子表示，它们是广义Yang-Baxter方程的解，并利用它们实现了新的辫子量子门.这些门从乘积基为任意（特别是\emph{odd}）数量的量子位生成GHZ（Greenberger-Horne-Zeilinger）态。我们还讨论了新的辫子群表象的杨-薛定谔化，它描述了GHZ态的幺正演化。我们的研究表明，通过与编织门的联系，特殊2-群和GHZ态可能在量子纠错和拓扑量子计算中发挥重要作用。
2010-08-30 hep-th math-ph math.MP
Characterisation of individual gates using twirling circuits
Research Centre for Quantum Information, Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院物理研究所量子信息中心）；Institute for Quantum Science and Technology, University of Calgary（卡尔加里大学量子科学与技术研究所）；Department of Physics, Lakehead University（湖首大学物理系）
本文提出利用扭动电路对单个量子比特门进行精确表征，无需随机门平均，提升随机基准测试技术。
2026-01-17 quant-ph
On the simulation of quantum circuits
我们考虑最近的工作，量子线路的模拟使用矩阵乘积状态的形式主义和收缩张量网络的形式主义。我们提供了许多这些结果的简化的直接证明，扩展了一类明确的有效模拟电路（具有有限范围的2-qubit门的对数深度电路）到以下：设C是n个qubit上的任何多晶硅尺寸的量子线路（通常也是多晶硅深度），包括1-和2- qubit门和1-qubit测量（2-qubit门作用于任意对的qubit线）。对于每条量子位线j，令D_j为接触或穿过线j的2量子位门的数量，即应用于量子位i，k的2量子位门的数量，其中i \leq j \leq k。设D=max_jD_j，则量子过程可以在时间n poly（2^D）上经典模拟。因此，如果D=O（log n），则C可以有效地经典模拟。
2006-03-19 quant-ph
Extending the Bloch sphere model to an N-qubit system
Universidad de Castilla-La Mancha（卡斯蒂利亚-拉曼查大学）；Universidad de La Rioja（拉里奥哈大学）；Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Roma Tre University（罗马三大学）；QSimov
研究将布洛赫球表示扩展到任意N量子比特系统的问题，提出用2^N - 1个球的新几何模型，通过特定旋转门应用建立参数化，证明与标准态矢表示的严格双射，为量子模拟等提供优势。
2026-09-14 quant-ph
Fast simulation of bosonic qubits via Gaussian functions in phase space
玻色子量子比特是在各种物理平台上构建容错量子计算机的一条有前途的途径。用现有的分析和数值工具来研究玻色子量子比特在现实的门和测量下的性能是具有挑战性的。我们提出了一种新的形式主义模拟类的状态，可以表示为高斯函数在相空间中的线性组合。这种形式主义使我们能够分析和模拟广泛的一类非高斯状态，变换和测量。我们演示了如何使用这种形式主义来模拟有用的玻色子量子比特类-Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP），猫和Fock状态，打开大门，调查高斯信道和测量下的玻色子量子比特的行为，非高斯变换，如通过门隐形传态实现的，以及重要的非高斯测量，如阈值和光子数检测。我们的形式主义，使模拟这些情况的准确性水平，是不可行的与现有的方法。最后，我们使用的方法通知我们的形式主义模拟电路的研究容错量子计算玻色子量子比特，但超出了现有技术的范围。具体来说，我们研究了有限能量GKP状态如何在现实的量子比特相位门下变换;与CV簇状态的接口;以及在非Clifford T门隐形传态下使用魔法状态的变换。我们实现我们的模拟方法作为开源Strawberry Fields Python库的一部分。
2021-03-09 quant-ph
LX-mixers for QAOA: Optimal mixers restricted to subspaces and the stabilizer formalism
提出一种结合稳定子形式的新颖方法，构建保留给定子空间的资源高效混合器，推广X/XY混合器、松弛Grover混合器，LX-QAOA显著减少CX门数量，为QAOA在约束优化场景及量子算法发展提供新视角。
2024-12-03 quant-ph
Photonic CZ gates based on few-photon scattering from emitter-cavity systems
School of Mathematical and Physical Sciences, University of Sheffield（谢菲尔德大学数学与物理科学学院）
本文分析基于发射器-腔系统的光子CZ门性能，发现单双光子波包形状优化存在权衡，导致平均保真度限制在约60%。
2026-09-23 quant-ph
Error Mitigation in Quantum Computers through Instruction Scheduling
量子系统具有展示显著的计算优势的潜力，但是当前的量子设备遭受错误的快速积累，这阻止了量子信息在延长的时间段内的存储。量子位与其环境以及彼此之间的无意耦合给计算增加了显著的噪声，需要改进方法来对抗退相干，以提高量子算法在真实机器上的性能。虽然许多现有的减少错误的技术依赖于向电路添加额外的门，校准新的门，或延长电路的运行时间，但本文的主要贡献是利用量子程序中已经存在的门，而不延长电路持续时间。我们利用电路松弛的单量子位门发生在空闲窗口，调度门，使他们的时间可以抵消一些错误。自旋回波校正，减轻空闲量子位的退相干作为这项工作的灵感。然而，理论模型无法捕获NISQ设备中的所有噪声源，因此需要实际解决方案，以更好地最大限度地减少量子机器中不可预测的错误的影响。本文介绍了TimeStitch：一个新的框架，精确定位的最佳执行调度单量子位门在量子线路。TimeStitch作为编译通道实现，利用量子计算的可逆性来促进电路在真实量子机器上的成功。
2021-11-10 quant-ph
Parallelizing the stabilizer formalism for quantum machine learning applications
针对扩展稳定子模拟器因门应用顺序性导致性能不佳的问题，本文并行化其计算过程，使其可在多核设备部署，并在4量子比特、60.2K门场景下比Qiskit快4.23倍。
2025-02-15 quant-ph
On the Role of Hadamard Gates in Quantum Circuits
我们研究了一个简化的量子线路计算范例，其中唯一允许的门要么置换计算基态，要么应用“全局Hadamard操作”，即同时对每个量子比特应用Hadamard操作。在这个模型中，我们讨论了常见的量子算法的复杂性界（下界的全局Hadamard操作的数量）：我们说明了Shor算法的上限，并证明了Grover算法的下限。我们还使用我们的形式主义来显示一个既不是量子普适的，也不是经典模拟的门，假设量子因式分解不在BPP中。
2006-03-30 quant-ph
Fast algorithms for classical specifications of stabiliser states and Clifford gates
本文提出稳定子态与 Clifford 门规范验证及转换的十种快速算法，实现矩阵、振幅、二次型、校验矩阵与稳定子 tableau 间的高效处理，并以 Python、C++ 验证显著加速。
2025-01-03 cs.DS quant-ph
Quantum gates utilizing dark and bright states in open dissipative cavity QED
本文提出基于单光子与开放耗散纳米腔中量子发射体系综相互作用的量子门形式体系，利用亮暗态动力学操控光子偏振态。
2024-03-15 quant-ph
Electrical manipulation of semiconductor spin qubits within the g-matrix formalism
我们讨论了线性响应机制中自旋量子比特的电操纵模型，其中拉比频率与磁场和射频电场激发成正比。我们表明，拉比频率可以从一个广义的g-张量磁共振公式具有g-矩阵和其衍生物g'相对于电场（或栅极电压）作为输入。这些矩阵可以很容易地从零磁场下量子比特的波函数计算出来。因此，g-矩阵形式以非常低的计算成本提供了拉莫尔和拉比频率对磁场取向的完全依赖性。它还提供了一个紧凑的模型控制的量子位，和一个简单的框架分析对称性的影响的各向异性的拉莫尔和拉比频率。g-矩阵形式主义适用于各种各样的电子和空穴量子比特，我们专注于绝缘体上硅纳米线中的空穴量子比特作为说明。我们表明，拉比频率的量子位显示出复杂的依赖于磁场的方向，并控制孔的波函数的对称性的栅极电压。我们指出，量子位可以有利地在两个偏置点之间切换，一个是可以有效地操纵的，另一个是与门场解耦但可能寿命更长的。我们还讨论了残余应变在这些设备中的作用，在最近的实验。
2018-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity composite quantum gates for Raman qubits
本文提出了一种利用复合脉冲技术设计鲁棒性强、保真度高的拉曼量子逻辑门的系统方法。我们使用两个数学工具-莫里斯-肖尔和马约拉纳分解-减少三态拉曼系统等效的两个状态系统。它们使我们能够通过将其扩展到拉曼量子比特来利用为两态系统设计的众多复合脉冲。我们构建的非，阿达玛，旋转门的莫里斯-肖变换与相同的统一的方法：序列的脉冲具有相同的相位为每个门，但不同的比例的拉曼耦合。相位门是利用Majorana分解构造的。所有复合拉曼门都具有非常高的保真度，超过了量子计算的基准值，并且对实验误差具有显著的鲁棒性。所有复合相位和脉冲面积由解析公式给出，这使得该方法可扩展到任何期望的精度和对误差的鲁棒性。
2020-05-03 quant-ph
Non-Abelian qLDPC: TQFT Formalism, Addressable Gauging Measurement and Application to Magic State Fountain on 2D Product Codes
IBM Quantum, IBM T.J. Watson Research Center（IBM量子，IBM托马斯·J·沃森研究中心）；School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study（自然科学院，高等研究院）；Department of Mathematics, King’s College London（数学系，伦敦国王学院）
本研究通过非阿贝尔qLDPC码和TQFT形式化，实现了常速率二维积码中非克莱因逻辑门的原生操作，并应用于魔态喷泉方案中。
2026-01-11 cond-mat.str-el cs.IT hep-th
Quantum Gates Between Two Spins in a Triple Dot System with an Empty Dot
我们提出了一个实现量子门和自旋量子位之间纠缠的方案。施加到中心点的电压可以被调谐以实现栅极。我们的方案证明了在每个点都有一个电子的情况下，量子门的可能性，因此自旋-自旋交换相互作用不是唯一的相关机制。通过将问题映射到t-J模型，可以进行分析处理。分析了自旋之间纠缠量子门的保真度，在存在退相干的情况下，退相干产生于一个浴的核自旋，以及从电荷波动。我们的方案提供了一种途径，将两个量子比特门实验的范围扩展到三个点，同时需要最小的控制，即单个点的电势，并且可以增强量子比特分离以减轻差分寻址能力。
2011-04-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Error-divisible two-qubit gates
我们介绍了一个简单的，广泛适用的形式主义设计“错误可分”两个量子比特门：一个量子门集，分数旋转已成比例地减少错误相比，完整的纠缠门。在当前的噪声中间尺度量子（NISQ）算法中，性能在很大程度上受到高电路深度处的误差扩散的限制，其中两个量子比特门误差通常是主要贡献。此外，在许多硬件实现中，任意两个量子位旋转必须由多个两个量子位库存门组成，进一步增加了误差。这项工作介绍了一组标准，示例波形和协议，以满足他们，使用超导量子位与可调谐耦合器构建连续的门集，小角度旋转的误差显着降低。如果大规模实施，NISQ算法的性能将显着提高我们的错误可分门协议。
2021-10-22 quant-ph
Extending Classically Simulatable Bounds of Clifford Circuits with Nonstabilizer States via Framed Wigner Functions
针对克利福德门引发负性导致维格纳函数在量子比特系统应用受限的问题，提出基于带额外相位自由度的框架维格纳函数的经典模拟方法，可正表示非稳定器态，实现边缘输出高效采样，还开发图论识别方法并提出概率估计方案。
2024-11-29 quant-ph
Franson-type experiment realizes two-qubit quantum logic gate
量子计算机在解决大整数分解、模拟量子系统和数据库搜索等问题方面有很大的改进。使用光子作为量子比特（qubit）是实现通用量子计算机的最有前途的方法之一，因为光子的相干叠加态对各种退相干源非常鲁棒。然而，实现双量子比特（光子）门太困难了，因为它需要光子之间的巨大非线性。在这里，我们展示了一个受控非（CNOT）门的实现，量子计算中最重要和最基本的两量子比特门，通过扩展我们以前的研究。我们实验的核心是在弗兰森型实验中对双光子符合的条件测量[7]。光子计数测量与双量子比特门所需的非线性起着相同的作用，我们的系统再现了CNOT门的真值表。此外，我们还通过我们的门从叠加态中产生了纠缠态，这清楚地证明了我们的门是一个量子逻辑门。我们的研究结果使得操纵包括纠缠在内的光子量子态成为可能，并代表了量子计算中各种算法操作的重大进展。
2001-08-08 quant-ph
Stabilizer Tensor Networks: universal quantum simulator on a basis of stabilizer states
本研究整合张量网络与tableau形式，推广了Clifford电路模拟方法，通过引入Clifford门、非Clifford门和测量的更新规则实现通用量子电路模拟，并探讨了该框架对张量网络表示能力及量子资源性质的启示。
2024-04-09 quant-ph
Fast CZ Gate via Energy-Level Engineering in Superconducting Qubits with a Tunable Coupler
Information Engineering University（信息工程大学）
本文提出通过可调耦合器的能级工程实现快速高保真CZ门，有效抑制非谐振偏移影响，拓展电路执行深度。
2026-03-09 quant-ph
Quantum SWAP gate realized with CZ and iSWAP gates in a superconducting architecture
本研究在超导架构中利用CZ和iSWAP门实现了高效的量子SWAP门，提升了量子电路编译效率。
2024-12-19 quant-ph
High-fidelity multiqubit Rydberg gates via two-photon adiabatic rapid passage
我们提出了一个强大的协议，用于实现高保真多量子比特控制相位门$(C^kZ)$的中性原子量子比特耦合到高激发里德堡态。我们的方法是基于延长绝热快速通过双光子激发通过一个短暂的中间激发态常见的碱金属原子里德伯实验，占自发衰变和差分AC斯塔克位移从超精细激发态的完整的流形的全部影响。我们评估和优化门的性能，得出的结论是，对于Cs和目前可用的激光频率和功率，$CCZ$门与保真度$\mathcal{F}>0.995$为三个量子位和$CCCZ$与$\mathcal{F}>0.99$为四个量子位是可实现的$\sim 1.8$ ~ $μ$通过该协议。未来的技术可以获得更高的精度，我们的研究结果突出了中性原子阵列在多量子位幺正本机实现中的实用性。
2022-06-29 cond-mat.quant-gas quant-ph
Generalised Quantum Gates for Qudits and their Application in Quantum Fourier Transform
Università di Parma（帕尔马大学）
本研究提出适用于任意维度qudit的广义量子门，通过实现任意维度量子傅里叶变换验证其有效性，为qudit量子计算的算法与架构设计提供了新空间。
2026-08-25 math.QA quant-ph
Low-depth simulations of fermionic systems on square-grid quantum hardware
提出一种将费米子系统映射至方形连接量子硬件的通用策略，结合算符分解与电路压缩技术实现低深度电路，在多种模型实验中电路深度最高降低70%，双量子比特门数量显著减少。
2024-04-11 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
Dressed-state relaxation in coupled qubits as a source of two-qubit gate errors
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究揭示了耦合量子比特中频率匹配的 dressed-state 松弛机制导致双量子比特门误差，扩展了 T₁ρ 松弛概念，适用于多种平台。
2026-01-16 quant-ph
Error-detectable bosonic entangling gates with a noisy ancilla
玻色子量子纠错已被证明是扩展量子存储器相干性的成功方法，但要执行深量子线路，需要在编码量子位之间使用高保真度门。为此，我们提出了一个家庭的错误可检测的两个量子比特门的各种玻色子编码。从一个新的几何框架的基础上的“布洛赫球”的玻色子算子，我们构造了$ZZ_L(θ)$和$\text{eSWAP}(θ)$门的二项式，四腿猫，双轨和其他几个玻色子码。门哈密尔顿算子易于工程设计，仅需要两个玻色子量子位之间的可编程分束器和分散耦合到一个量子位的辅助装置。该哈密顿量可以在带有辅助传输子和微波腔的电路QED硬件中实现。所提出的理论框架是为电路QED开发的，但可以推广到任何可以有效地生成该哈密顿量的平台。至关重要的是，人们还可以在门期间检测辅助量子位和玻色子量子位中的一阶错误。我们表明，这允许一个达到错误检测门的精度在$10^{-4}$水平与今天的硬件，仅限于二阶硬件错误。
2022-12-21 quant-ph
Time-convolutionless reduced-density-operator theory of a noisy quantum channel: a two-bit quantum gate for quantum information processing
利用投影算符方法和时间上的超前传播子和滞后传播子，通过求解控制噪声量子信道动力学的量子Liouville方程，导出了无时间卷积形式的量子量子态的精确约化密度算符.在这项工作中开发的形式主义是一般性的，足以模拟一个嘈杂的量子信道提供具体形式的哈密顿系统，水库，系统和水库之间的相互作用。然后，我们应用该公式模拟了一个由耦合自旋系统组成的二比特量子门，其中海森堡耦合由相邻量子点之间的隧穿势垒控制。数值计算了混合初态和纠缠初态的门特性，包括熵、保真度和纯度。
1999-07-23 quant-ph
A General Method for Extending Isoscattering Non-Isospectral Quantum Graphs
Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）
本文提出一种扩展等散射非等谱量子图的通用方法，通过为两个总度量长度相同但拓扑不同的图附加相同星型图，结合Titchmarsh-Weyl M函数形式证明扩展后图仍保持等散射非等谱特性。
2026-10-12 quant-ph
Matchgates and classical simulation of quantum circuits
设G（A，B）表示两个量子比特的2-量子比特门，其分别在偶数和奇数奇偶校验子空间中充当1-量子比特SU（2）门A和B。使用Clifford代数形式主义，我们表明，这些门的电路的任意统一的家庭，仅限于最近的邻居（n.n.）量子位线，可以经典有效地模拟。这再现了最初由Valiant用他的匹配门形式主义证明的结果，随后被其他人与自由费米子物理学联系起来。我们进一步证明，如果n.n.条件稍微放松，允许相同的门只作用于n. n。下一个-n.n.量子位线，那么由此产生的电路可以有效地执行通用量子计算。从这个角度来看，有效的经典和量子计算能力之间的差距是通过非常适度地使用看似无害的资源（量子比特交换）来弥合的。我们还以各种方式扩展了上面的模拟结果。特别是，通过利用Clifford操作的特性与Clifford代数的Jordan-Wigner表示相结合，我们展示了如何可以概括上述模拟结果，以提供更多类的经典有效地可模拟的量子线路，我们称之为高斯量子线路。
2008-11-19 quant-ph
Improving the Performance of Deep Quantum Optimization Algorithms with Continuous Gate Sets
变分量子算法被认为是解决计算困难的问题，往往是由重复层的量子门。其示例是量子近似优化算法（QAOA），一种解决噪声中间尺度量子（NISQ）系统上的组合优化问题的方法。从QAOA获得计算能力关键依赖于在算法执行期间减轻错误，对于相干限制的操作，这可以通过减少门数来实现。在这里，我们证明了一个改进的算法性能的一个因素，3成功的概率来衡量，通过实施一个连续的硬件高效的门设置使用超导量子线路。这个门集合允许我们在QAOA中执行相位分离步骤，每对量子位使用单个物理门，而不是将其分解为两个C $Z$门和单量子位门。有了这个减少的物理门的数量，这与算法中采用的层数成比例，我们实验研究了QAOA应用于映射到三个和七个量子位的精确覆盖问题实例的电路深度相关性能，总共使用了399个操作和多达9层。我们的研究结果表明，连续门集的使用可能是扩大近期量子计算机影响的关键组成部分。
2020-05-11 quant-ph
Holonomic multi-controlled gates for single-photon states
Institute for Complex Systems, National Research Council (ISC-CNR)（国家研究委员会复杂系统研究所）；Department of Physics and Astronomy, University of Florence（佛罗伦萨大学物理与天文学系）；Department of Physics, University of Sapienza（罗马大学物理系）；Research Center Enrico Fermi（恩里科·费米研究中心）
本文提出利用非阿贝尔汇合实现多控量子门，展示了单光子态上的CNOT、SWAP及Toffoli门，并实现了德鲁恩量子查询算法。
2025-12-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
A scalable quantum gate-based implementation for causal hypothesis testing
本文基于既有因果假设检验形式体系，在 IBM Qiskit 上实现可扩展量子门算法，修正错误概率并验证量子加速。
2023-10-02 quant-ph
Ion-atom two-qubit quantum gate based on phonon blockade
School of Physical Sciences, Indian Association for the Cultivation of Science（印度科学培养协会物理科学学院）
本文理论证明了利用里德伯激发和声子阻塞实现离子和原子两量子比特CNOT门，并分析了门保真度及混合系统在量子计算和网络中的潜力。
2026-05-23 quant-ph
Learning quantum circuits of some $T$ gates
本文研究了一个具有特定结构的未知量子线路的学习问题。如果未知目标是一个$n$ -量子比特Clifford电路，我们设计了一个有效的算法，通过对它使用$O(n^2)$查询来重建它的电路表示。本文在计算的基础上研究了$T$深度的量子线路。我们证明了$T$深度为1的电路{ \textit{of full $T$-rank} }的输出状态可以用具有特定代数结构的稳定子伪混合来表示。使用泡利和贝尔测量的副本的输出状态，我们可以生成一个假设电路，这是等价于未知的目标电路的计算基础状态作为输入。如果目标的$T$门的数量是$O({\log n})$的顺序，我们的算法需要$O(n^2)$查询它，并产生其等效电路表示的计算基础上的时间$O(n^3)$。使用进一步的额外的$O(4^{3n})$经典计算，我们可以得到一个精确的描述的目标为任意输入状态。我们的研究结果大大扩展了以前已知的事实，稳定剂状态可以有效地确定基于稳定剂形式主义。
2022-06-28 cs.IT math.IT quant-ph
Remote Adiabatic Controlled-Z Gate between Distant Superconducting Qubits
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
提出并数值验证了通过多模同轴电缆连接的远程超导量子比特间的绝热受控-Z门，无需额外耦合器，在30厘米电缆下实现4.71e-7的保真度误差，支持模块化扩展。
2026-09-17 quant-ph
