Optyx: A ZX-based Python library for networked quantum architectures
University of Sussex（萨塞克斯大学）；University of Oxford（牛津大学）
Optyx是一种基于ZX的Python库，用于网络化量子架构，提供统一的语言来编程、模拟和原型设计混合系统，支持高效率的张量网络收缩和光子网络实验。
2025-12-10 quant-ph
The Fermionic Quantum Emulator
费米子量子模拟器（英语：Fermionic quantum emulator，缩写：FQE）是一个用来模拟费米子量子动力学的协议集合，有效地利用了化学、材料和凝聚态系统中存在的常见对称性。该库与OpenFermion软件包完全集成，并作为模拟后端。通过利用数量和自旋对称性以及稀疏和密集哈密顿量的自定义演化例程，BEE减少了内存占用，使我们能够以适度的计算成本研究更大的量子线路，与量子比特状态矢量模拟器相比。本新闻稿概述了模拟方法的技术细节和主要优势。
2021-10-20 physics.chem-ph quant-ph
TensorLy-Quantum: Quantum Machine Learning with Tensor Methods
仿真对于开发量子硬件和算法至关重要。然而，由于量子态空间的指数标度性，在经典硬件上模拟量子线路具有挑战性。虽然因子分解张量可以大大减少这种开销，但基于张量网络的模拟器相对较少，并且通常缺乏关键功能。为了解决这一缺陷，我们创建了TensorLy-Quantum，这是一个采用PyTorch API的用于量子线路模拟的Python库。我们的库利用现有TensorLy生态系统的优化张量方法来表示，模拟和操纵大规模量子线路。通过紧凑的张量表示和高效的运算，TensorLy-Quantum可以在单个GPU上扩展到数百个量子位，在多个GPU上扩展到数千个量子位。TensorLy-Quantum是开源的，可在https://github.com/tensorly/quantum上访问
2021-12-19 quant-ph
Efficient Simulation of High-Level Quantum Gates
Department of Computer Science, Aarhus University（奥胡斯大学计算机科学系）
本文提出一种基于gadget的模拟器，直接模拟高级量子门以避免编译膨胀，通过稳定子分解提升性能，并推导了部分门的稳定子秩下界。
2026-04-29 quant-ph
RF-Squad: A radiofrequency simulator for quantum dot arrays
针对量子点阵列自动调谐缺乏大规模训练测试数据集的问题，本文推出基于JAX实现的物理射频模拟器RF-Squad，可高效仿真量子点相关物理现象，支持精度与速度的灵活平衡。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Comprehensive Cross-Model Framework for Benchmarking the Performance of Quantum Hamiltonian Simulations
提出一种评估基于门的量子计算机上Trotterized量子哈密顿量演化的综合框架，通过三种模式在五个模型上测试，揭示硬件算法局限并确定量子优于经典的交叉点。
2024-09-11 quant-ph
Q#, a quantum computation package for the .NET platform
量子计算是一种基于量子力学方程的有前途的计算方法。量子算法的模拟器必须能够执行繁重的数学矩阵变换。模拟器本身的设计采用三种形式之一：量子图灵机，连接门的网络模型或电路模型，或者量子程序设计语言，然而，一些模拟器是混合的。我们研究了以前的模拟器，然后我们采用不同的实现语言，不同的范式，并为不同的平台从三个模拟器的功能。它们是量子计算语言（QCL），QUASI和量子光学Matlab 5。我们的量子算法模拟器采用量子计算的程序包或编程库的形式，案例研究显示了在电路模型中使用它的能力。.NET是一个很有前途的计算平台。VB.NET是一种简单、高效的程序设计语言，具有.NET框架提供的全部功能。与其他语言（如C#.NET）相比，它具有高度的可读性，可写性和灵活性。NET与Matlab相比，在数学运算复杂度和矩阵运算方面存在不足，但采用VB.NET。为了实现，我们首先构建了矩阵运算的数学核心。然后，我们构建了一个量子核心，其中包含：基本的量子位和寄存器操作，基本的1D，2D和3D量子门，以及量子状态的多视图可视化，然后是一个演示窗口，向您展示如何使用和充分利用该软件包。
2013-02-20 cs.ET cs.MS cs.PL
NetQMPI: An MPI-Inspired library for programming Distributed Quantum Applications over Quantum Networks using NetQASM SDK
Centro Singular de Investigación en Tecnoloxías Intelixentes (CiTIus), Universidade de Santiago de Compostela（智能技术卓越研究中心（CiTIus），圣地亚哥-德孔波斯特拉大学）；Departamento de Electrónica e Computación, Universidade de Santiago de Compostela（电子与计算机系，圣地亚哥-德孔波斯特拉大学）
NetQMPI是一种基于MPI理念的量子编程库，通过SPMD范式实现分布式量子应用的高效编程，减少代码复杂度并提升可扩展性。
2025-12-26 quant-ph
Strawberry Fields: A Software Platform for Photonic Quantum Computing
我们介绍了Strawberry Fields，这是一种用于基于光的量子计算机的开源量子编程架构，并详细介绍了它的关键特性。Strawberry Fields是一个全栈库，用于连续变量电路的设计、仿真、优化和量子机器学习。该平台由三个主要组件组成：（i）基于一种名为Blackbird的易于使用的语言的量子编程API;（ii）一套三个虚拟量子计算机后端，内置于NumPy和TensorFlow中，每个都针对特定用途;以及（iii）一个引擎，可以在各种后端上编译Blackbird程序，包括三个内置模拟器，以及--在不久的将来--光子量子信息处理器。该库还包含几个范例算法的例子，包括隐形传态，（高斯）玻色子采样，瞬时量子多项式，哈密顿模拟和变分量子线路优化。
2019-03-04 physics.comp-ph quant-ph
PennyLane-Lightning MPI: A massively scalable quantum circuit simulator based on distributed computing in CPU clusters
本文提出PennyLane-Lightning MPI，通过依赖索引的门特定并行化策略在分布式CPU集群上实现可扩展量子电路模拟，支持高达41量子比特和数十万并行进程，并作为PennyLane插件为韩国量子计算云服务提供后端资源。
2025-08-19 cs.DC cs.MS quant-ph
Jet: Fast quantum circuit simulations with parallel task-based tensor-network contraction
我们引入了一个新的开源软件库Jet，它使用基于任务的并行性来获得量子线路的经典张量网络模拟的加速。这些加速是由于i）通过将张量网络模拟映射到基于任务的框架而引入的增加的并行性，ii）在张量网络收缩任务之间重用共享工作的新方法，以及iii）张量网络在所有可用硬件上的并发收缩。我们证明了我们的方法的优势，通过基准测试我们的代码对其他模拟器的几个梧桐-53和高斯玻色子采样（GBS）的霸权电路。我们还首次提供并比较了Sycamore-53和GBS霸权电路的张量网络模拟的理论性能估计。
2022-04-30 quant-ph
Quantum Computing Methods for Malware Detection
Faculty of Information Technology, Czech Technical University in Prague（信息技术学院，布拉格捷克技术大学）；Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in Prague（核科学与物理工程学院，布拉格捷克技术大学）
本文探索量子机器学习（QML）在恶意软件检测中的应用，对比QSVM与SVM性能，在PE文件数据集上实验，并总结使用IBM量子硬件及Qiskit库的实践经验与关键问题修复。
2025-10-08 cs.LG quant-ph
Simulations of Quantum Circuits with Approximate Noise using qsim and Cirq
我们介绍了多节点量子轨道模拟与qsim，一个开源的高性能的量子线路模拟器。qsim可以用作Cirq的后端，Cirq是一个用于编写量子线路的Python软件库。提出了一种新的量子轨道延迟内积算法，该算法在低噪声模拟时可以获得一个数量级的加速。我们还提供了在Google Cloud Platform中使用此框架的工具，在单模式或多节点设置中使用高性能虚拟机。多节点结构非常适合模拟具有量子轨道的噪声量子线路。最后，我们介绍了一个近似的噪声模型，谷歌的实验量子计算平台和比较噪声模拟的结果与实验的几个量子算法在谷歌的量子计算服务。
2021-11-03 quant-ph
Enabling Quantum Cybersecurity Analytics in Botnet Detection: Stable Architecture and Speed-up through Tree Algorithms
本研究通过建立稳定量子架构并引入基于Hoeffding决策树的批量执行混合量子二分类算法，在真实量子设备和模拟器上实现了DGA僵尸网络检测，显著提升了准确率与执行速度。
2023-07-31 quant-ph
Differentiable quantum computational chemistry with PennyLane
这项工作描述了PennyLane中所有量子化学功能的理论基础，PennyLane是一个专门研究量子可微编程的量子计算软件库。我们提供了量子化学基本概念的概述，包括Hartree-Fock方法的基本原理。PennyLane的一个旗舰功能是可微Hartree-Fock求解器，允许用户计算分子哈密顿相对于核坐标和基组参数的精确梯度。PennyLane为量子化学提供专门的操作，包括作为Givens旋转的激发门和量子化学电路的模板。此外，内置的模拟器利用稀疏矩阵技术来表示分子哈密顿量，从而实现量子化学应用的快速模拟。结合PennyLane现有的构建、优化和执行电路的方法，这些方法允许用户实现量子化学的各种量子算法。我们讨论了如何PennyLane可以用来实现变分算法计算基态能量，激发态能量和能量导数，所有这些都可以区分相对于电路和哈密顿参数。我们提供了一个示例工作流程，描述了如何联合优化量子化学算法的电路参数、核坐标和基组参数。我们讨论了通过使用对称性来减少量子位数的功能，并解释了如何使用PennyLane来估计实现几种量子算法所需的量子资源。通过结合量子计算，计算化学和机器学习的见解，PennyLane是第一个可微量子计算化学库。
2023-01-05 quant-ph
QPack: Quantum Approximate Optimization Algorithms as universal benchmark for quantum computers
在本文中，我们提出了QPack，一个基于量子近似优化算法（QAOA）的噪声中间尺度量子（NISQ）计算机的通用基准。与该领域的其他评估指标不同，该基准测试不仅评估量子计算硬件的一个重要方面，而且评估多个重要方面：量子计算机可以解决的最大问题大小，所需的运行时间以及所达到的准确性。应用程序MaxCut，支配集和旅行推销员包括提供资源需求的变化。这将允许一个多样化的基准，促进最佳设计考虑，避免特定应用的硬件实现。我们还讨论了QPack基准测试所考虑的设计方面，并考虑到关键的量子基准测试要求。实现，提供实用的度量。QPack通过使用XACC库作为一个与硬件无关的基准。我们演示了各种IBM机器上的基准测试的应用程序，以及一系列的模拟器。
2022-04-19 cs.ET quant-ph
Asynchronous Operations on Qubits in Distributed Simulation Environments using QooSim
对一对纠缠量子比特的操作通常被呈现为操作的张量积的应用。张量积被线性扩展以同步地作用于整个纠缠系统。当模拟纠缠系统时，如果纠缠系统的两个部分都存在于同一个物理模拟器中，则传统的方法是可能的和实用的。然而，如果我们希望在分布式网络上模拟纠缠系统，将纠缠对的一半发送到另一个计算机系统上的另一个模拟器，同步方法就会变得困难。在本文的第一部分中，我们提出了一种在分布式环境中模拟纠缠态操作的方法，它与传统的方法是等价的。我们的方法的优点是，我们可以在物理分布式硬件上模拟分布式量子系统。这样的系统推进了演示分布式量子算法用于研究、教学和学习的可能性。此外，量子密钥交换的安全性取决于成功检测窃听者的存在。在大多数情况下，这是通过比较窃听者引入的错误与信道错误率来完成的。换句话说，通信双方必须容忍一些错误，而不会丢失大量的关键信息。在本文的第二部分，我们描述了振幅阻尼误差对量子密钥分发协议的影响，并探讨了允许的公差。通过模拟，我们观察到，这些错误的影响，在某些情况下，是高度依赖于窃听者位于信道上。在本文中，我们还简要介绍了一个新的量子模拟库称为QooSim的发展。
2016-12-22 cs.CR quant-ph
QuEst: Graph Transformer for Quantum Circuit Reliability Estimation
MIT（麻省理工学院）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Purdue Univ.（普渡大学）；Univ. of Notre Dame（圣母大学）；Rutgers Univ.（罗格斯大学）；Yale Univ.（耶鲁大学）；George Mason Univ.（乔治梅森大学）；Univ. of Chicago（芝加哥大学）
本文提出利用图Transformer模型预测量子噪声对电路保真度的影响，通过将电路嵌入为图结构并使用门和噪声属性作为节点特征，在5千个电路上实现了高精度的保真度估计，相比传统模拟器获得了超过200倍的加速。
2025-01-27 cs.AI cs.AR cs.ET
Realistic Neutral Atom Image Simulation
针对中性原子量子计算荧光成像位点判定模糊、缺乏基准真值难评估算法的问题，提出自底向上的中性原子图像模拟器，可生成带标注数据，实验证明其生成图像与真实图像几乎无法区分，可用于训练下一代原子检测算法。
2023-10-04 cs.SE physics.optics quant-ph
QCLAB++: Simulating Quantum Circuits on GPUs
我们介绍了qclab++，一个轻量级的，完全模板化的C++包的GPU加速量子线路模拟。该代码提供了高度的可移植性，因为它没有外部依赖性，并且GPU内核通过OpenMP卸载生成。qclab++通过针对1-qubit、受控1-qubit和2-qubit门的高度优化的门模拟算法，针对性能和数值稳定性而设计。此外，我们还介绍了qclab，一个量子线路工具箱的Matlab与语法，模仿qclab++。这为用户提供了灵活性和易用性的脚本语言，如Matlab，用于研究他们的量子算法，同时在需要时提供高性能的GPU加速。因此，qclab++库提供了独特的特性组合。我们将qclab++中的CPU模拟器与OpenMP生成的GPU内核进行了比较，并观察到超过$40\times$的加速比。此外，我们还比较qclab++与其他电路仿真软件包，如cirq-qsim和qibo，在NERSC的Perlmutter系统上进行的一系列基准测试，并说明其竞争力。
2023-02-28 cs.MS cs.PF quant-ph
Mitiq: A software package for error mitigation on noisy quantum computers
我们介绍了Mitiq，一个用于噪声量子计算机上的错误缓解的Python软件包。错误缓解技术可以通过依赖于量子采样和经典后处理技术的混合，以最小的量子资源开销来减少噪声对近期量子计算机的影响。Mitiq是一个可扩展的工具包，包含不同的误差缓解方法，包括零噪声外推，概率误差消除和Clifford数据回归。该库旨在与通用后端兼容，并与不同的量子软件框架接口。我们使用代码片段来描述Mitiq，以演示其用法，并讨论其特性和贡献准则。我们提出了几个例子，证明错误缓解IBM和Rigetti超导量子处理器以及嘈杂的模拟器。
2022-08-01 cs.ET quant-ph
Tensor Network Quantum Virtual Machine for Simulating Quantum Circuits at Exascale
量子线路的数值模拟是在近期量子协处理器上开发、验证和验证量子-经典混合算法的不可或缺的工具。亿级高性能计算（HPC）平台的出现为推动量子线路模拟的边界提供了新的机会。我们提出了一个现代化版本的张量网络量子虚拟机（TNQVM），它作为一个量子线路模拟后端的极限规模ACCURATOR（XACC）框架。新版本基于通用的可扩展张量网络处理库ExaTN，并提供多个可配置的量子线路模拟器，通过全张量网络收缩实现精确的量子线路模拟，或通过适当的张量因子分解实现近似的量子态表示。在必要时，随机噪声建模从真正的量子处理器被纳入模拟与Kraus张量的量子信道建模。通过结合可移植的XACC量子编程前端和可扩展的ExaTN数值后端，我们引入了一个端到端的虚拟量子开发环境，可以从笔记本电脑扩展到未来的exascale平台。我们报告我们的框架，其中包括演示的分布式执行，纳入量子退相干模型，和模拟的随机量子线路用于认证的量子霸权的谷歌梧桐超导架构的初始基准。
2021-04-21 quant-ph
QuEST and High Performance Simulation of Quantum Computers
我们介绍QuEST，量子精确仿真工具包，并将其与ProjectQ，qHipster和最近的量子++分布式实现进行比较。QuEST是第一个开放源代码的、混合了OpenMP和MPI的、GPU加速的通用量子线路模拟器。作为一个C库，它的设计使用户的代码可以无缝地部署到任何平台，从笔记本电脑到超级计算机。QuEST能够模拟一般单量子比特门和多量子比特控制门的通用量子线路，在纯态和混合态上，表示为状态矢量和密度矩阵，以及存在退相干的情况下。使用ARCUS Phase-B和ARCHER超级计算机，我们对QuEST模拟的随机电路进行了基准测试，这些电路高达38个量子位，分布在多达2048个计算节点上，每个节点最多有24个核心。我们直接比较了QuEST和ProjectQ在单机上的性能，并讨论了QuEST、qHipster和Quantum++在分发策略上的差异。QuEST在多核和分布式架构上显示出出色的可扩展性，无论是强还是弱。
2018-12-04 quant-ph
Exact and approximate simulation of large quantum circuits on a single GPU
本文对开源量子模拟库Qrack在单个GPU上的性能进行了基准测试，通过精确与近似模拟方法，实现了多达27量子比特傅里叶变换电路的竞争性执行时间，并在高于4%保真度下完成了54量子比特随机电路的近似模拟。
2023-09-13 quant-ph
TANQ-Sim: Tensorcore Accelerated Noisy Quantum System Simulation via QIR on Perlmutter HPC
本文提出TANQ-Sim，一种基于密度矩阵的含噪量子电路模拟器，利用双精度张量核和门融合技术，在Perlmutter HPC上实现高效、可扩展的模拟，并通过案例验证其性能。
2024-10-23 cs.ET quant-ph
Orkan: Cache-friendly simulation of quantum operations on hermitian operators
Institut für Theoretische Physik Leibniz Universität Hannover, Germany（汉诺威莱布尼茨大学理论物理研究所）
Orkan通过 tiled 内存布局仅存储厄米矩阵的下三角部分，有效减少内存占用和计算时间，提升量子态模拟效率。
2026-04-17 quant-ph
DiaQ: Efficient State-Vector Quantum Simulation
本文提出DiaQ稀疏矩阵格式及libdiaq数值库，利用量子电路特有稀疏性提升状态向量模拟效率，在Frontier上对GHZ-28和QFT-29分别取得约26.67%和32.72%的性能提升。
2024-04-30 cs.DC cs.DS quant-ph
