Quantum computing by color-code lattice surgery
我们演示了如何使用晶格手术制定一套通用的容错量子操作与颜色代码。在此过程中，我们还改进了现有的表面代码网格手术方法。晶格手术方法使用更少的量子位，并且与相关的缺陷编织方法相同或更少。此外，对于每个编码距离，颜色编码晶格手术使用大约一半的量子位，并且与表面编码晶格手术相同或更少。色码晶格手术也可以实现阿达玛和相位门在一个单一的横向步骤--比表面代码晶格手术可以快得多。针对不相关的电路级去极化噪声，当噪声率足够低且错误抑制需求足够高时，色码晶格手术使用较少的量子比特来实现与表面码晶格手术相同程度的容错错误抑制。
2014-07-18 quant-ph
Code switching revisited: Low-overhead magic state preparation using color codes
该研究提出一种利用三维色码在二维色码上制备高保真魔法态的码切换协议，通过横向门和标志后选择显著提升保真度，并适用于近期设备。
2025-04-23 quant-ph
Need One Bell-pair Only (NOBOL) for Low-Overhead Fault-Tolerant Quantum Computing
Computer Science and Engineering University at Buffalo（布法罗大学计算机科学与工程系）
本研究提出仅需一对贝尔态的NOBOL方法，可大幅降低容错量子计算中逻辑CNOT操作的开销，适用于多种量子纠错码及架构。
2026-09-03 quant-ph
Low-overhead magic state distillation with color codes
The University of Sydney（悉尼大学）；IBM Quantum, T. J. Watson Research Center（IBM量子，T.J.沃森研究中心）；IBM Denmark（IBM丹麦）
本文提出两种优化的色码魔态蒸馏方案，通过改进的故障处理方法实现更低的保真度，资源消耗显著减少。
2025-06-13 quant-ph
Compiler Design for Distributed Quantum Computing
在分布式量子计算架构中，利用量子互联网提供的网络和通信功能，远程量子处理单元（QPU）可以通信和协作，以执行单个NISQ设备无法自行处理的计算任务。为此，分布式量子计算需要新一代的量子编译器，用于将任何量子算法映射到任何分布式量子计算架构。从这个角度来看，在本文中，我们首先讨论了分布式量子计算的编译器设计所面临的主要挑战。然后，我们解析地推导了分布式量子计算中量子编译开销的上界。推导出的界限占的开销引起的底层计算架构，以及次优量子编译器引起的额外开销-明确设计通过该文件，以实现三个关键功能，即，通用，高效和有效。最后，我们验证了分析结果，我们确认编译器设计的有效性，通过广泛的性能分析。
2020-12-17 cs.DC cs.NI quant-ph
Time-Efficient Constant-Space-Overhead Fault-Tolerant Quantum Computation
针对现有容错量子计算常数空间开销协议处理时间呈多项式增长的问题，提出通过级联多个小规模量子汉明码的新方法，同时实现常数空间开销与准多项式对数时间开销，且在解码器非常数运行时间下仍保持容错。
2025-01-28 quant-ph
Optical Quantum Computing
2001年，全光量子计算成为可能，因为人们发现仅使用单光子源、线性光学元件和单光子探测器就可以进行可扩展的量子计算。虽然它原则上是可扩展的，但巨大的资源开销使该方案实际上令人生畏。然而，在几次简化之后进行了原理验证，最近基于簇状态或错误编码的方法大大减少了这种令人担忧的资源开销，使全光架构成为大规模量子计算机最终目标的有力竞争者。关键的挑战将是实现高效率的不可区分的单光子源，低损耗，可扩展的光学电路，高效率的单光子探测器，以及这些组件的低损耗接口。
2008-03-11 quant-ph
Paint shop vehicle sequencing based on quantum computing considering color changeover and painting quality
随着客户需求的日益多样化，汽车公司提供的车辆颜色和款式也大幅增长。这对汽车制造系统的设计和管理提出了很大的挑战，其中之一就是在喷漆车间的日常操作中对车辆进行适当的排序。由于一次轮班通常有数百辆车，油漆车间的排序问题在经典计算中是难以解决的。在本文中，我们提出了解决一个一般的油漆车间排序问题，使用最先进的量子计算算法。大多数现有的工作仅仅集中在降低颜色转换成本，即，连续车辆之间不同颜色所产生的成本。这项工作表明，不同的车辆排序也显着影响喷漆过程的质量性能。我们使用在历史数据上预训练的机器学习模型来预测油漆缺陷的概率。该问题被公式化为具有两个成本分量的组合优化问题，即，颜色转换成本和维修成本。该问题进一步转化为量子优化问题，并采用量子近似优化算法（QAOA）进行求解。事实上，目前的量子计算机在精度和可扩展性方面仍然有限。然而，通过一个简化的案例研究，我们展示了如何使用量子计算来制定和解决油漆车间中的经典排序问题，并展示了量子计算在解决制造系统中的实际问题方面的潜力。
2022-06-22 cs.SY eess.SY quant-ph
Compilation of Trotter-Based Time Evolution for Partially Fault-Tolerant Quantum Computing Architecture
本文针对STAR部分容错量子架构，提出并行注入协议和自适应注入区域更新技术，结合fSWAP优化二维Hubbard模型的Trotter时间演化编译，实现超10倍加速并评估了量子相位估计所需资源。
2024-10-23 cond-mat.str-el quant-ph
Fault-tolerant quantum computing with color codes
我们提出并分析了使用色码的容错量子计算协议。我们提出了电路级的计划，用于提取这些代码的错误综合征容错。我们进一步提出了一个整数程序为基础的解码算法，用于确定最有可能的错误给定的综合征。我们模拟了我们的伴随式提取和解码算法对三个物理动机的噪声模型，使用蒙特卡罗方法，并使用模拟来估计相应的容错量子纠错的精度阈值。我们还使用了自避免行走分析来降低其中两个噪声模型的准确性阈值。我们提出并分析了两种架构的容错计算与这些代码：一个与二维阵列的量子位堆叠在一起，一个在一个单一的二维基板。我们的分析表明，颜色代码执行稍好于Kitaev的表面码时，电路细节被忽略。当考虑这些细节时，我们估计色码达到0.082（3）%的阈值，这高于受限于二维最近邻门的级联编码方案所达到的$1.3 \times 10^{-5}$的阈值，但低于受到相同限制的Kitaev码所报告的0.75%至1.1%的阈值。最后，由于我们考虑的两个噪声模型的解码器性能的行为映射到2D中的三体随机键伊辛模型和3D中相应的随机格元规范模型中的有序-无序相变，因此我们的结果也否定了这些模型的西森猜想：与4.8.8色码相关联的物理力学经典自旋系统在正温度下比在零温度下更有序。
2011-08-29 quant-ph
The subthreshold issue of fusion-based quantum computing
Sparrow Quantum（Sparrow量子）；Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q), The Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所混合量子网络中心）
本文研究基于融合的量子计算在亚阈值区域面临的逻辑错误率噪声下限问题，发现全线性光学架构无法以低开销达到所需速率，而使用量子发射器自旋的架构可显著降低噪声下限。
2026-06-26 quant-ph
Architectural Approaches to Fault-Tolerant Distributed Quantum Computing and Their Entanglement Overheads
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Cisco Quantum Lab（思科量子实验室）
本文分类并分析了三种容错分布式量子计算架构，以表面码和环面码为例，研究了贝尔对数量和生成尝试次数随码距的扩展规律。
2025-11-17 quant-ph
Scalable topological quantum computing based on Sine-Cosine chain models
University of Aveiro（阿威罗大学）；Universidade do Minho（米尼奥大学）；Max-Planck-Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体研究所）
本文提出利用Matryoshka型正弦余弦链实现可扩展拓扑量子计算，通过高维量子态编码降低物理资源开销，并展示其在Y型junction编织协议和多量子比特存储架构中的应用。
2026-03-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Combining Topological Hardware and Topological Software: Color Code Quantum Computing with Topological Superconductor Networks
我们提出了一个可扩展的容错拓扑量子计算的架构，使用网络的电压控制的马约拉纳库珀对盒，和拓扑色码的错误校正。颜色码有一组横向门，这与基于马约拉纳的系统中的拓扑保护门的集合一致，即Clifford门。通过这种方式，我们建立色码提供了一个自然的设置，其中拓扑硬件提供的优势可以与成熟的容错量子计算的拓扑纠错软件所产生的优势相结合。我们提供了一个完整的描述，我们的架构，包括基本的物理成分。我们首先表明，在拓扑超导体网络中，六边形细胞可以用作物理量子比特的通用量子计算，并提出了实现拓扑保护的克利福德门的协议。这些六边形单元量子位允许通过魔态蒸馏直接实现具有无附属校验子读出和逻辑$T$门的开边界色码。为了具体起见，我们描述了如何使用Majorana库珀对盒网络来实现必要的操作，并给出了这种架构中纠错的可行性估计。我们的方法的动机是基于拓扑超导体的网络，但也可以实现在替代设置，如量子霍尔超导体混合。
2017-09-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
LDPC-cat codes for low-overhead quantum computing in 2D
本文提出将猫量子比特与经典LDPC码结合，实现二维低开销容错量子计算，通过短程相互作用和低权重稳定子简化硬件，并实现高编码率码族，在电路级噪声下达到低逻辑错误率。
2024-02-06 quant-ph
QHSL: a quantum hue, saturation, and lightness color model
量子图像处理采用量子计算来捕获、操纵和恢复各种格式的图像。这需要使用任何潜在计算硬件的量子力学组成来表示编码图像。在这项研究中，量子色调，饱和度和亮度（QHSL）颜色模型被提出来组织和概念化颜色分配属性使用量子力学的属性（即，纠缠和并行性）。所提出的颜色模型用于定义二维QHSL图像的表示，并研究其数据存储、色彩变换和伪彩色应用。QHSL表示介绍了使用三重感知相关组件的量子图像的生产。QHSL图像的有效使用进一步探讨了在计算机视觉和图像分析领域的应用。
2020-07-19 quant-ph
Resource-efficient verification of quantum computing using Serfling's bound
验证量子态对于证明各种量子信息处理任务的正确操作是至关重要的。特别地，在基于测量的量子计算中，检查是否生成正确的图形状态对于可靠的量子计算是必不可少的。已经提出了几种用于图状态的验证协议，但是没有一种是特别资源有效的：需要多个副本来提取保证接近理想状态的单个状态。目前已知的最佳协议需要状态的$O(n^{15})$副本，其中$n$是图状态的大小。在本文中，我们构建了一个显着更资源有效的验证协议的图形状态，只需要$O(n^5\log{n})$副本。关键思想是使用Serfling界，这是经典统计中的概率不等式。利用Serfling的界限也使我们能够推广我们的协议qudit和连续变量图状态。为它们构建一个资源有效的验证协议是不平凡的。例如，以前使用量子de Finetti定理的量子比特图状态的验证协议不能推广到量子比特和连续变量图状态，而不会大大增加资源开销。这是因为由量子de Finetti定理引起的开销取决于局部维度。另一方面，在我们的协议中，资源开销与局部维度无关，因此推广到qudit或连续变量图状态不会增加开销。Serfling的界限的灵活性也使我们的协议强大：我们的协议接受稍微嘈杂，但仍然有用的图形状态。
2019-04-15 quant-ph
Complementary 3D color codes for transversal quantum logic
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Technische Universität München（慕尼黑工业大学）
研究提出基于四面体三维颜色码及其哈达玛变换对应物的混合架构，二者支持互补横向非克利福德操作，结合相关变换实现几乎通用的横向逻辑门集，还通过构造逻辑受控Z门等完成通用门集。
2026-07-07 quant-ph
Quantum-Classical Computing via Tensor Networks
本文提出qTPU框架，利用混合张量网络缩并优化量子电路切割的后处理流程，相比Qiskit-Addon-Cutting实现后处理开销数量级降低、后处理加速$10^4\ imes$及整体运行时间降低20.7$\ imes$。
2024-10-19 quant-ph
Improving threshold for fault-tolerant color code quantum computing by flagged weight optimization
针对电路级噪声下色码阈值偏低的问题，提出基于标志量子比特测量结果的条件误差概率优化解码器权重的方法，显著提升了两种色码的阈值与有效码距，降低了逻辑误码率，且可推广至其他量子纠错码。
2024-09-17 quant-ph
Circuit Knitting Faces Exponential Sampling Overhead Scaling Bounded by Entanglement Cost
该研究证明电路编织的采样开销受纠缠代价指数级下界限制，揭示了虚拟量子信息处理与量子香农理论的联系，为分布式量子计算的可扩展性提供了理论基准。
2024-08-21 cs.IT math.IT quant-ph
Decoding quantum color codes with MaxSAT
本文将量子颜色码解码归约为 LightsOut 谜题变体，提出并优化基于 MaxSAT 的解码器，实验表明其达到颜色码解码的最先进性能，且代码已开源。
2024-10-17 quant-ph
Recoverable Quantum Computation: An Information-Centric Paradigm for Quantum Computing with Errors
Elmore Family School of Electrical and Computer Engineering, Purdue University（普渡大学埃尔莫尔电气与计算机工程学院）；Department of Physics and Astronomy, Purdue University（普渡大学物理与天文学系）；Purdue Quantum Science and Engineering Institute, Purdue University（普渡大学量子科学与工程研究所）
针对量子纠错开销阻碍大规模容错量子计算实现的问题，提出可恢复量子计算范式，关注计算信息提取，引入可恢复性原则及度量，通过实例说明其可行性，还对量子应用分类并给出研究路线图，作为现有计算的补充范式。
2026-07-28 quant-ph
Explicit construction of low-overhead gadgets for gates on quantum LDPC codes
本文提出了一种用于量子低密度奇偶校验码的低开销构造方法，可有效减少空间开销，适用于实用规模量子计算。
2025-11-20 quant-ph
Parity-encoding-based quantum computing with Bayesian error tracking
针对线性光学MBQC中纠缠非确定性与光子损耗问题，提出基于奇偶校验编码多光子量子比特的拓扑协议，并用贝叶斯方法结合稳定子形式跟踪误差及图论优化降低资源开销。
2022-12-01 quant-ph
Distillation protocols for Fourier states in quantum computing
傅立叶状态是多量子位寄存器，其促进容错量子计算中的相位旋转。我们提出了蒸馏协议，用于构建基本的，$n$ -量子比特傅立叶状态与错误$O(2^{-n})$在成本的$O(n \log n)$ Toffoli门和Clifford门，或任何任意傅立叶状态使用$O(n^2)$门。我们用数字信号处理的方法对这些协议进行了分析。这些结果表明，相位反冲，它使用傅立叶状态，可能是目前最低的开销产生任意相位旋转的方法。
2013-03-13 quant-ph
Full Characterization of the Depth Overhead for Quantum Circuit Compilation with Arbitrary Qubit Connectivity Constraint
本文用约束图的路由数完整刻画了量子电路编译中由量子比特连通性约束引起的深度开销，并通过图间归约算法为常见连通性图给出了渐近最优编译。
2025-05-26 quant-ph
Remote Entanglement in Lattice Surgery: To Distill, or Not to Distill
Duke University（杜克大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文通过比较蒸馏与非蒸馏策略在远程纠缠中的资源开销，确定了保真度交叉点，为分布式量子计算中的光子互连和容错架构提供联合设计指南。
2026-05-22 quant-ph
Quantum Computing with Majorana Fermion Codes
利用Majorana表面码和Majorana色码建立了基于Majorana容错量子计算的统一框架。所有逻辑Clifford门都是零时间开销实现的。这是通过引入一个协议，泡利产品测量与四子和六子，只需要本地4-马约拉纳奇偶校验测量。在容错设置中使用类似的协议，其中四子和六子被马约拉纳表面码补丁取代，并且奇偶校验测量被晶格手术取代，仍然只需要本地少数马约拉纳奇偶校验测量。为此，我们讨论了扭曲缺陷的马约拉纳费米子表面码和适应技术的扭曲为基础的晶格手术费米子码。此外，我们提出了一个新的家庭的代码，我们称之为马约拉纳色码，这是通过连接马约拉纳表面码与小马约拉纳费米子码。马约拉纳表面和颜色代码可以用来减少空间开销和稳定器的重量相比，他们的玻色子。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Many-hypercube codes: High-rate quantum error-correcting codes for high-performance fault-tolerant quantum computing
本文提出多超立方体码，通过级联高码率小规模量子检错码实现30%编码率与逻辑门并行性，并在电路级噪声下取得高错误阈值，为高性能容错量子计算开辟新路径。
2024-08-28 quant-ph
Constant-Overhead Fault-Tolerant Quantum Computation with Reconfigurable Atom Arrays
针对 qLDPC 码长程连通性难题，本文提出利用可重构原子阵列重排实现非局域稳定子提取的恒定开销容错方案，证明其容错性并显示其相对表面码可大幅节省物理量子比特。
2023-08-16 quant-ph
All-photonic architectural roadmap for scalable quantum computing using Greenberger-Horne-Zeilinger states
线性光学量子计算除了光子损失外，还受到缺乏确定性纠缠操作的困扰。受实验前沿在确定性产生各种多光子纠缠态方面取得的进展的启发，我们提出了一种利用三光子Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态的线性光学量子计算架构。我们的架构及其子变量使用偏振光子在GHz状态，偏振分束器，延迟线，光开关和开关检测器。我们级联拓扑量子纠错码与三量子比特重复码，估计我们的架构可以容忍非常高的光子丢失率的$11.5 \%$，这使得一个巨大的变化，至少是一个订单高于已知的建议。此外，考虑到三光子GHZ状态作为资源，我们估计的资源开销执行门操作的$10^{-6}~(10^{-15})$的精度为$2.0\times10^6~(5.6\times10^7)$。与其他全光子方案相比，我们的架构也是资源有效的。此外，如果更大的GHZ状态可用，则可以进一步改善资源开销。鉴于其显著提高的光子损失阈值和最近在产生多光子纠缠方面的进展，我们的方案将使可扩展的光子量子计算更接近现实。
2022-08-01 quant-ph
Tableau-Based Framework for Efficient Logical Quantum Compilation
针对容错量子计算运行时开销高、大规模电路编译开销大的问题，提出基于Tableau的TQC编译框架，通过操作重排、延迟隐藏降低运行时开销，优化tableau数据结构实现编译性能千倍以上提升。
2025-09-02 quant-ph
Constant-Overhead Fault-Tolerant Bell-Pair Distillation using High-Rate Codes
本文提出基于高速率qLDPC码的容错贝尔对蒸馏方案，实现恒定开销和恒定蒸馏率，在输入保真度低于约10%时保持容错，并可直接用于分布式量子计算。
2025-11-08 quant-ph
No Scratch Quantum Computing by Reducing Qubit Overhead for Efficient Arithmetics
本文提出基于量子哈密顿计算（QHC）的可逆半加器和全加器电路，将所需量子比特从三至五比特压缩到双量子比特的4×4希尔伯特空间，以最少量子资源实现任意真值表评估并推动FPGA能力提升。
2025-07-18 cs.ET cs.LO quant-ph
Complex instruction set computing architecture for performing accurate quantum $Z$ rotations with less magic
我们提出的量子协议执行任意精确的$π/2^k$旋转的量子位围绕其$Z$轴。精简指令集计算（\textsc{risc}）体系结构通常将指令集限制为稳定器操作和单个非稳定器操作，诸如准备“魔术”状态，从该状态可以传送$T = Z(π/4)$门。尽管提取该神奇状态的高保真副本所需的开销很高，但是在\textsc{risc}架构中实现$Z$旋转的后续量子编译开销可能大得多。我们开发了一个复杂的指令集计算（\textsc{cisc}）的架构，其指令集包括稳定器操作和准备的魔术状态，$Z(π/2^k)$门可以传送，为$2 \leq k \leq k_{\text{max}}$。这导致实现$Z$旋转的期望门精度所需的门数量的显著总体减少。我们构造的关键是一族长度为$2^{k+2}-1$的缩短量子Reed-Muller码，其魔态蒸馏阈值随着$k$而缩小，但对于$k \leq 6$则大于0.85%。
2013-10-15 quant-ph
A Decoder for the Color Code with Boundaries
我们介绍了一个解码器的3D颜色代码的边界，这是一个变化的限制解码器介绍Kubicka和Delfosse。具体来说，我们调整提升过程，以有效地找到一个边界附近的量子位的校正。我们用数值方法估计了Pauli $X$错误的$4\% - 8\%$阈值和Pauli $Z$错误的$0.7\% - 0.8\%$阈值。我们的工作是表征Bombín最近提出的“多彩量子计算”性能的第一步。"
2021-03-12 quant-ph
Alternate Scheme for Optical Cluster-State Generation without Number-Resolving Photon Detectors
利用不能分辨光子数的光电探测器，设计了一种用于线性光学量子计算的可控相位门。本征误差校正电路校正由检测器引入的误差。我们的控制相位门有1/4的成功概率。簇态量子计算的最新发展表明，具有非零成功概率的两量子比特门可以仅用多项式开销构建任意大的簇态。因此，它是可能的，以产生光学集群状态，而无需数解析检测器和多项式开销。
2007-05-22 quant-ph
Timing constraints due to real-time graph traversal algorithms on incomplete cluster states in photonic measurement-based quantum computing
本文研究了光子测量基量子计算中，用于在不完整簇态上寻找单量子比特门计算路径的实时图遍历算法所引发的经典控制开销，通过对比全局广度优先搜索与增量遍历算法，分析了路径准确性与执行速度间的权衡及其对光子时钟周期的约束。
2022-08-31 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Entanglement-assisted circuit knitting: Distributed quantum computing using limited entanglement resources
National Tsing Hua University（国立清华大学）；National Cheng Kung University（国立成功大学）；Tamkang University（淡江大学）；Hon Hai Research Institute（鸿海研究院）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）
本文提出一种混合框架，结合纠缠辅助电路编织与局部协同操作，优化采样开销并降低纠缠成本，提升分布式量子计算的效率。
2026-04-16 quant-ph
Quantum eigenpair solver with minimal sampling overhead
针对量子特征对求解器提取结果时的采样开销问题，提出基于振幅放大的后滤波过程减少编码特征对数量，改进后的求解器在内存、运行时间和通用性上优于经典方案，具有实际应用价值。
2025-11-12 quant-ph
Noise-resilient Universal Quantum Computing in the Presence of Anisotropic Noise
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克国立大学）；Ocean University of China（中国海洋大学）
本文提出了一种在存在退相干时无需主动纠错的通用量子门集，通过准备适当的系统-环境纠缠初始态，有效消除各向异性系统-环境耦合，从而实现抗噪声的量子计算。
2026-03-26 quant-ph
The color code, the surface code, and the transversal CNOT: NP-hardness of minimum-weight decoding
Yale Quantum Institute & Department of Applied Physics, Yale University（耶鲁大学应用物理系与耶鲁量子研究所）；CSE Division, University of Michigan（密歇根大学计算机科学与工程分部）
研究证明在三种关键场景下，最小重量解码问题具有NP难性，揭示了量子存储和逻辑电路实现中计算复杂性分离。
2026-03-23 cs.CC quant-ph
Topological cluster state quantum computing
量子计算方案中描述的物理。98，190504（2007），当被视为簇状态计算时，其特征在于3-D簇状态、能够仅通过校正Z个错误来校正一般错误的新颖的可调节强度错误校正、接近1%的阈值错误率以及低开销的任意长距离逻辑门。在这项工作中，我们审查的计划，仅在所需的3-D集群状态及其稳定剂的详细框架讨论。
2009-02-25 quant-ph
State-adaptive quantum error correction and fault-tolerant quantum computing
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）
本研究提出了一种基于量子态适应的错误校正框架，通过利用量子互信息提升容错量子计算的效率与可靠性。
2026-01-30 quant-ph
Blocklet concatenation: Low-overhead fault-tolerant protocols for fusion-based quantum computation
本文提出Blocklet级联容错协议，利用码级联与横向门构造恒定尺寸资源态的FBQC融合网络，实现较高擦除阈值并给出逻辑操作、解码与光子硬件实现技术。
2025-06-16 quant-ph
Towards Lattice Surgery Compilation for the Color Code Using Pipe Diagrams
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Classiq Technologies（Classiq 科技公司）；MQSC（马克斯·普朗克量子控制科学中心）
研究针对色码架构的编译技术，开发6.6.6晶格三角色码的管道图表示，建立与ZX图描述对应关系，给出相关构造与实现，实现宏观微观优化及紧凑时空嵌入，为色码自动编译和图优化奠定基础。
2026-07-08 cs.ET quant-ph
Three-dimensional color code thresholds via statistical-mechanical mapping
三维（3D）色码对于容错量子计算具有优点，诸如具有相对低开销的受保护的量子门以及对错误伴随式的不完美测量的鲁棒性。在这里，我们调查的存储阈值错误率位翻转和相位翻转噪声在三维彩色代码上的身体为中心的立方晶格，假设完美的综合征测量。特别是，通过利用纠错和统计力学之间的连接，我们估计的阈值为1D字符串和2D片状逻辑运算符是$p^{(1)}_\mathrm{3DCC} \simeq 1.9\%$和$p^{(2)}_\mathrm{3DCC} \simeq 27.6\%$。我们利用平行回火蒙特卡罗模拟研究了两个新的三维热力学模型：4体和6体无规耦合伊辛模型的无序-温度相图，得到了这些结果.
2017-08-23 cond-mat.dis-nn quant-ph
SynDebug: A Framework to Debug Logic Bugs in Fault-Tolerant Quantum Computing Programs
Rice University（莱斯大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
SynDebug是首个FTQC系统级调试框架，通过轻量级断言原语实现调试，开销低且不增加逻辑错误率，可用于多种QEC码族及编码工作负载的调试。
2026-10-16 cs.ET quant-ph
A New Qubits Mapping Mechanism for Multi-programming Quantum Computing
对于特定的量子芯片，多重编程有助于提高整体吞吐量和资源利用率。然而，先前用于将多个程序映射到量子芯片上的解决方案常常导致资源利用不足、高出错率和低保真度。在本文中，我们提出了一种新的方法来映射并发量子程序。我们的方法有三个关键组成部分。第一种是社区发现辅助划分（CDAP）算法，该算法综合考虑物理类型和出错率，为并发量子程序划分物理量子位，避免了健壮资源的浪费。第二个是X-SWAP方案，该方案允许程序间SWAP操作以减少SWAP开销。最后，我们提出了一个编译任务调度框架，该框架根据估计的保真度动态选择要执行的并发量子程序，从而提高量子计算机的吞吐量。我们评估了我们在公开可用的量子计算机IBMQ 16和模拟量子芯片IBMQ 20上的工作。我们的工作优于以前的解决方案，多编程的保真度和交换开销分别为12.0%和11.1%。
2020-04-27 cs.DC quant-ph
Designing calibration and expressivity-efficient instruction sets for quantum computing
近期量子计算（QC）系统具有有限的量子位计数、高的门（指令）错误率，并且通常支持具有一种类型的两量子位门（2 Q）的最小指令集。为了减少程序指令数量并提高应用程序的表现力，供应商已经提出并展示了更丰富的指令集的概念验证演示，如XY门（Rigetti）和fSim门（Google）。这些指令集包括由连续量子位旋转角度参数化的2 Q门类型的系列。然而，具有如此大量的门类型是有问题的，因为必须跨整个系统周期性地校准每个门类型以获得高保真度实现。这导致即使在仅使用几种门类型的当前系统上也存在大量重复的校准开销。我们的工作旨在在应用程序表现力和校准开销之间进行权衡，并确定供应商应该实现哪些指令以在可接受的校准时间内获得最佳表现力。我们开发了NuOp，一种基于数值优化的灵活编译通道，可以有效地将应用程序操作分解为任意硬件门类型。使用NuOp和四个重要的量子应用程序，我们研究了Rigetti和Google的指令集建议，以及真实的噪声模拟和校准模型。我们的实验表明，实现4-8种类型的2 Q门足以达到几乎相同的表现力作为一个完整的连续门系列，同时减少两个数量级的校准开销。随着几家供应商提出丰富的门系列作为高保真度的手段，我们的工作有可能为近期的QC系统提供有价值的指令集设计指导。
2021-06-29 cs.ET quant-ph
Braiding by Majorana Tracking and Long-Range CNOT Gates with Color Codes
色码量子计算将基于马约拉纳的硬件与拓扑纠错无缝结合。具体来说，由于Clifford门在二维色码中是横向的，因此它们使得能够在代码级使用Majoranas的非阿贝尔统计进行门操作。在这里，我们讨论的实施颜色代码阵列的马约拉纳纳米线，避免分支网络，如T-结，从而简化其实现。我们表明，在这样的实现中，nonabelian统计可以被利用，而无需执行物理编织操作。物理编织操作被Majorana跟踪所取代，这是一种完全基于软件的协议，它适当地更新了颜色代码稳定器测量中涉及的Majorana。这种方法最大限度地减少了单量子位Clifford门所需的硬件操作。对于Clifford完备性，我们将颜色代码与表面码相结合，并使用颜色到表面代码的晶格手术用于长距离多目标CNOT门，其时间开销仅随控制和目标量子位的物理距离而几何地增长。通过添加魔态蒸馏，我们的架构描述了一个容错的通用量子计算机系统，如tetron，hexons或Majorana盒量子位的网络，但也可以应用于非拓扑量子位平台。
2017-11-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
LarQucut: A New Cutting and Mapping Approach for Large-sized Quantum Circuits in Distributed Quantum Computing (DQC) Environments
LarQucut提出一种用于分布式量子计算中大规模电路的新型切割与映射方法，通过减少切割数、重用同构子电路结果及自适应映射策略，降低开销并提升结果保真度。
2025-02-28 cs.AR quant-ph
Quantifying Teleportation Overhead in Distributed Unitary Coupled-Cluster Ansätze
University of Toronto（多伦多大学）
本研究量化了分布式量子计算中酉耦合簇拟设（UCCSD、UpCCD、UpCCGSD）的隐形传态开销，发现自旋分块Jordan-Wigner排序的UpCCD扩展性最优，而UCCSD资源需求显著更大。
2026-10-01 cs.DC physics.chem-ph quant-ph
