Iteratively decoded magic state distillation
Universal Quantum Ltd(Universal Quantum 有限公司);Imperial College London(伦敦帝国理工学院);University of Oxford(牛津大学)
本文提出了一种基于迭代解码的魔态提纯方法,利用可重构量子比特架构在约$\sim\mathcal{O}(1)$编码周期内实现高效的态提纯,并验证了其在噪声环境下的错误率降低效果。
2026-09-23 quant-ph
A Bravyi-König theorem for Floquet codes generated by locally conjugate instantaneous stabiliser groups
QuSoft & CWI(QuSoft 与 CWI)
本文提出Floquet码中基于局部共轭稳定子群的Bravyi-König定理成立,并引入广义单位元以实现有效逻辑操作。
2026-01-29 quant-ph
Fast Stabiliser Simulation with Quadratic Form Expansions
本文建立在通过二次型展开的变换来模拟稳定器电路的思想上。这是一个量子态的表示,它指定了一个在标准基上展开的公式,使用整数上的2次多项式描述实部和虚部的相对相位。我们展示了如何通过对二次型展开表示的灵活管理,在$O(n^2)$时间内模拟各个稳定器操作,以匹配其他模拟技术的整体复杂性[arXiv:quant-ph/0406196,arXiv:quant-ph/0504117,arXiv:1808.00128]。我们的技术在时间上提供了规模经济,可以在标准基础上模拟所有(或几乎所有)量子位的同时测量。我们的技术还允许在恒定时间内模拟具有确定性结果的单量子比特测量。我们还描述了如何在整个这些界限可能会收紧时,在标准的基础上的状态的扩展有相对较少的条款(具有低“秩”),或可以指定稀疏矩阵。具体地说,这允许我们模拟一个“本地”稳定器校正子测量的时间$O(n)$,对于一个稳定器代码受到泡利噪声-匹配什么是可能的使用技术开发的Gidney [arXiv:2103.02202],而不需要存储哪些操作迄今已被模拟。
2022-09-13 quant-ph
Circular CNOT Circuits: Definition, Analysis and Application to Fault-Tolerant Quantum Circuits
这项工作提出了一种量子线路形式主义的扩展,其中量子比特(线路)是圆形的而不是线性的。量子线路的从左到右的解释被圆形表示所取代,该圆形表示允许选择执行门的起始点和方向。该表示支持所有的电路后,计算初始量子门列表的循环置换。两个电路,其中一个具有作为另一个的循环置换的门列表,将实现不同的功能。主要问题出现在可扩展的量子计算的上下文中,其中多个子电路用于构建更大的容错电路:相同的循环表示可以被多个子电路使用吗?循环电路足以构建完全由量子位初始化、CNOT门和量子位测量形成的计算通用容错电路。循环CNOT电路建模的主要结果是,推导出的布尔表示允许定义一组方程的$X$和$Z$稳定器转换。通过一组定义良好的步骤,可以将初始方程简化为一组稳定器变换,给出一系列穿过环形电路的切口。
2016-04-11 quant-ph
Simulating magic state cultivation with few Clifford terms
Imperial College London(帝国理工学院);University of Oxford(牛津大学);PsiQuantum
本文提出用约8个Clifford ZX图模拟非Clifford d=5魔法态培育电路,相比传统方法减少了7×10⁵倍的项数,为模拟魔法态培育的逃逸阶段提供了新方法。
2026-06-10 quant-ph
Graphical Symplectic Algebra
本文为仿射拉格朗日与余各向同性关系给出完整表示,统一了经典力学与稳定子量子电路的图形语言,并引入可扩展记号以简洁描述图状态及电路阻抗矩阵。
2024-03-18 cs.LO math.CT math.SG
Exhaustive Optimisation of Automorphism Groups for Stabiliser Codes
University of Galway(高威大学)
本文通过利用关联经典码的自同构群、逻辑基的选择和码等价性,构建了所有不同实现方式的逻辑操作,优化了稳定子码的逻辑操作实现。
2026-04-01 quant-ph
SyQMA: A memory-efficient, symbolic and exact universal simulator for quantum error correction
Quantinuum;University College London(伦敦大学学院)
SyQMA通过符号化方法高效模拟量子电路,支持精确计算期望值和测量概率,适用于量子误差校正中的最大似然解码和逻辑错误率分析。
2026-04-16 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
Quantifying magic for multi-qubit operations
量子操作的“非稳定性”的量化框架的开发是由容错量子计算的魔态模型和估计噪声中间尺度量子(NISQ)设备的经典模拟成本的需要所激发的。最近提出的魔术的鲁棒性作为一个良好的魔术单调的多量子比特状态和量化的模拟开销的电路组成的Clifford+T门,或电路使用其他门从Clifford层次。在这里,我们提出了一个一般理论的量子操作,而不是状态,这是有用的经典模拟更一般的电路的“非stabiliserness”。我们引入了两个魔术单调,称为信道鲁棒性和魔术容量,这是定义良好的一般n-qubit信道和处理所有的稳定器保持CPTP映射作为自由操作。我们提出了两个互补的Monte Carlo型的经典模拟算法与样本的复杂性,这些数量和提供的例子,我们的算法的复杂性是指数比以前已知的模拟器的通道。我们提出了额外的技术,以减轻我们的特殊类别的渠道计算单调的困难。
2019-07-02 quant-ph
Robustness of Magic and Symmetries of the Stabiliser Polytope
我们给出了一个新的算法来计算魔术的鲁棒性-一种衡量量子态作为计算资源的效用的方法。我们的工作是基于容错量子计算的魔态模型。在这个模型中,所有幺正都属于克利福德群。非克利福德操作通过注入非稳定器状态来实现,在此上下文中,非稳定器状态被称为幻态。魔术的鲁棒性度量使用经典蒙特卡罗算法模拟这样的电路的复杂性。它与度负性密切相关,度负性通过臭名昭著的符号问题减慢了蒙特卡罗模拟。令人惊讶的是,魔术的鲁棒性是亚乘法的。这意味着经典的模拟开销随着注入的魔法状态的数量呈次指数级增长-比天真的分析所建议的要好。然而,确定一个幻态的n个副本的鲁棒性是困难的,因为它的定义涉及到一个4^n维空间中的凸优化问题。在本文中,我们利用固有的对称性,以减少问题的n维。我们的算法的总运行时间,而仍然指数n,是超多项式比以前公布的方法更快。我们提供了一个计算机实现,并给出了最常用的魔术状态的10个副本的鲁棒性。在精确结果的指导下,我们找到了一个有限的近似解的层次,每个层次可以在多项式时间内进行评估,并产生严格的鲁棒性上限。从技术上讲,我们使用的稳定多面体的对称性连接魔术的鲁棒性的几何形状的低维凸多面体所产生的某些有符号的量子重量计数器。作为一个副产品,我们的特点是自同构群的稳定多面体,更一般地说,投影到复杂的投影3-设计。
2019-04-04 quant-ph
Estimating the Jones polynomial for Ising anyons on noisy quantum computers
本研究将琼斯多项式在第四单位根处的求值归约为量子比特稳定子电路振幅计算,用Hadamard测试估计振幅,提出了噪声量子处理器的标准基准,并验证了零噪声外推法的误差缓解效果。
2025-06-16 quant-ph
A Specification Format and a Verification Method of Fault-Tolerant Quantum Circuits
量子计算一般表示为量子线路,其由有序的量子门列表指定。在优化和执行所表达的计算过程中使用所得到的规范。然而,规范格式使得很难验证优化或执行的计算仍然符合初始的门列表规范:在最坏的情况下,显示由不同的量子门列表表示的两个量子线路之间的计算等价性是指数复杂的。为了解决这个问题,这项工作提出了专门为容错量子线路定制的规格格式的推导。电路被认为是完全由单量子位初始化,CNOT门和单量子位测量(ICM形式)组成的形式。在某些假设下,这种格式允许有效地验证优化的(或实现的)计算。提出了两种基于检查稳定器电路结构的验证方法。
2018-07-08 quant-ph
Graphical Stabilizer Decompositions for Multi-Control Toffoli Gate Dense Quantum Circuits
本文基于ZX-calculus研究量子计算的图形化稳定子分解,提出了非稳定子态的新型分解与针对多控制Toffoli门密集量子电路的加权算法,并在模拟量子查询和随机基准中较传统方法偶有改进。
2025-03-05 quant-ph
Binary Matroids and Quantum Probability Distributions
我们将量子电路中所有的门都是可交换的概率分布,并展示了这些分布何时可以有效地进行经典模拟。我们还考虑边际分布和相关系数的计算,并绘制稳定器电路的模拟和可表示拟阵的组合学之间的连接,如在20世纪90年代开发的。
2010-05-11 cs.CC quant-ph
LOv-Calculus: A Graphical Language for Linear Optical Quantum Circuits
我们介绍了洛夫演算,一个图形语言推理线性光学量子线路与所谓的真空状态辅助输入。我们提出了语言的公理,并证明了它的可靠性和完整性:两个LOv电路表示相同的量子过程,当且仅当一个可以转换成其他的LOv演算的规则。受Reck等人(1994)对线性光学量子线路的普适分解的启发,我们给出了一个汇合终止重写系统,将任何保偏LOv线路重写为唯一的三角正规形.
2022-04-25 cs.LO quant-ph
The ZX-Calculus is Canonical in the Heisenberg Picture for Stabilizer Quantum Mechanics
在2008年,Coecke和Duncan提出了图形化的ZX演算重写系统,该系统将量子线路,测量和量子态的推理形式化。ZX演算对于量子位量子力学是合理的。因此,在ZX-等价变换下的图的等式提升为矩阵上的相应方程的等式。相反,在2014年,Backens证明了完备性,建立了任何在稳定器量子力学中用矩阵进行的推导都可以用ZX演算图形化地推导出来。一个既汇合又唯一终止的图形重写系统被称为规范的:将重写的交替序列应用于同一个初始图,只要所有结果图都可以被操作以建立图形等价,重写系统就是汇合的。在这里,我们表明,减少ZX重写系统已经融合在稳定剂量子力学的海森堡图片。此外,ZX重写的子集的任何应用都唯一地终止,并且与稳定子量子力学的海森堡图像中的项重写的顺序无关。因此,ZX系统是稳定器量子力学的海森堡正则系统。对于具有$l$单量子位门和$g$双量子位门的$n$ -量子位上的稳定器电路,可以使用不超过$(\frac{1}{2}\cdot g+l)\cdot n$图形重写在海森堡图中以图形方式导出电路输出,从而提供Gottesman-Knill定理的图形证明。最后,我们建立了由Clifford电路描述的每个稳定器状态产生一个非负的父哈密顿量与$n+1$条款和一个一维的内核所跨越的相应的稳定器状态。这样的父哈密尔顿算子可以用$\mathcal{O}(t\cdot n)$图形重写来导出,用于由$t$门C…
2023-01-13 quant-ph
ZH: A Complete Graphical Calculus for Quantum Computations Involving Classical Non-linearity
我们提出了一个新的图形演算,是健全的和完整的通用家庭的量子线路,它可以被看作是自然的弦图形扩展的近似(实值)的通用家庭的Hadamard+CCZ电路。图形语言是由两种节点生成的:与计算基础相关的所谓“蜘蛛”,以及满足蜘蛛融合定律的一种变化的阿达玛门的新arity-N广义。与以前的图形演算不同,这允许非线性经典函数的紧凑编码。例如,与门可以被描述为只有2个生成器的图,而在ZX演算中是25个。因此,N-控制门,超图状态,Hadamard+Toffoli电路,以及Clifford层次结构中任意级别的对角电路也可以享受低常数开销的编码。这表明,这种演算对于推理经典非线性行为(例如在预言中)和纯量子操作之间的相互作用将更加方便。在介绍了微积分之后,我们将通过演示将任何图简化为易于描述的范式来证明它对于通用量子计算是合理和完备的。
2019-01-29 quant-ph
Simulation of low-depth quantum circuits as complex undirected graphical models
具有高数量(约50)和高质量(两个量子比特门的保真度约为0.995)的量子计算机将近似地从某些概率分布中采样,超出了最先进计算机上已知经典算法的能力,实现了所谓的量子霸权的第一个里程碑。这刺激了最近的进展,在经典算法来模拟量子线路。使用交叉熵基准测试来近似多量子比特量子计算机的保真度也需要经典模拟。在这里,我们提出了一个经典的模拟算法的数值结果采样通用随机电路,在一个工作站上,更多的量子位和深度比以前报道的。例如,具有深度为37的$5 \times 9$量子位、深度为27的$7 \times 8$量子位和深度为19的($10 \times (κ> 10)$)量子位的电路都易于采样。我们还展示了什么样的深度采样,或估计的可观的,是平凡的并行。该算法与模拟量子线路的“费曼路径”方法有关。对于低深度电路,该算法在深度乘以较小的横向尺寸或树宽上呈指数级缩放,如Boixo et.例如,从而证实了那篇论文中的界限。特别是,具有$7 \times 7$量子位和深度40的电路目前仍然遥不可及。超级计算机环境上的后续工作将收紧这一界限。
2018-01-19 quant-ph
Efficient Classical Simulation of Low-Rank-Width Quantum Circuits Using ZX-Calculus
本文提出了一种基于ZX演算的高效方法,用于模拟低秩宽度量子电路,通过优化秩分解策略显著提升经典模拟效率。
2026-03-06 quant-ph
Simplification Strategies for the Qutrit ZX-Calculus
ZX演算是一种用于适当表示张量网络的图形语言,称为ZX图。计算通过用重写规则变换ZX图来执行。ZX演算在量子电路、凝聚态系统、量子算法、量子纠错码和计数问题的推理中有应用。一个关键的概念是稳定器片段的ZX演算,一个子类的ZX图,重写可以有效地进行派生简化重写。最近,更高维的qudits -特别是qutrits -在量子计算研究中获得了突出地位。这项工作的主要贡献是推导出有效的重写策略的稳定片段的quutrit ZX演算。值得注意的是,这构成了简化quutrit量子电路的第一个重要步骤。然后,我们给进一步的意想不到的领域,这些重写策略提供了复杂性理论的见解,即,我们重新解释已知的结果评估琼斯多项式,一个重要的连接不变的结理论,计数图着色。
2022-06-21 cs.CC quant-ph
Graphical Fourier Theory and the Cost of Quantum Addition
ZX-演算是一种方便的表示和推理低层次量子线路的形式主义,而最近提出的ZH-演算给出了Toffoli和CCZ等中等层次量子门的方便表达式.在本文中,我们将表明,这两个演算是由傅立叶变换。特别地,我们将使用ZH演算导出新的傅立叶展开规则,并表明我们可以使用它们直接在ZH图和ZX图之间传递。此外,我们证明了图形傅立叶展开的ZH规范形式对应于标准的傅立叶变换的半布尔函数。作为这种技术的计算能力的一个例子,我们展示了几个技巧,用于降低Toffoli电路的T门成本,其中包括例如量子加法器,可以使用图形傅立叶理论推导出来,并直接推广到更多的量子位。
2019-04-16 quant-ph
Extended quantum circuit diagrams
本文提出基于指数映射的扩展量子电路图表示方法,给出可靠的重写规则,并通过多种示例计算展示其图形化计算能力。
2024-10-03 quant-ph
High-performance syndrome extraction circuits for quantum codes
Mathematical Institute, University of Oxford(牛津大学数学研究所);Department of Physics & Astronomy, University College London(伦敦大学学院物理与天文系);IBM Quantum(IBM量子)
本研究提出了一种高效的综合征提取电路设计方法,通过优化电路结构提升性能,实现低空闲时间、大有效距离和减少故障机制,并证明了新型电路的高距离特性。
2026-09-15 quant-ph
Witnessing the architecture of quantum circuits
Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät, Universität Siegen(锡根大学自然科学技术学院)
本文提出量子电路架构见证的通用框架,通过半定规划构建见证以证明幺正变换与电路架构不兼容,针对Clifford幺正变换可简化为线性规划,实现高效数值与解析证明,可用于量子电路优化编译及设备基准测试。
2026-08-14 quant-ph
Low-density parity-check representation of fault-tolerant quantum circuits
本文提出用经典LDPC码表示稳定子电路以量化容错性并验证逻辑操作,并基于该框架在超图乘积码上构建了资源高效的通用容错量子计算方案。
2024-08-30 quant-ph
Procedurally Optimised ZX-Diagram Cutting for Efficient T-Decomposition in Classical Simulation
本文提出一种基于顶点权重传播的程序化 ZX 图切割方法,以最少切割次数最大化 T 门数量削减,在经典模拟中显著优于传统 T 分解方法。
2024-08-12 quant-ph
On Quantum Circuits for Discrete Graphical Models
Fraunhofer IAIS(弗劳恩霍夫应用研究促进院信息系统与安全研究所);ME Group(ME集团);IBM Quantum(IBM量子);IBM Research – Zurich(IBM苏黎世研究中心)
本文提出一种量子电路方法,可有效生成离散因子模型的无偏独立样本,适用于多体相互作用,并在不依赖变量数的情况下保证成功概率。
2022-06-01 quant-ph stat.ML
Complete set of circuit equations for Stabilizer Quantum Mechanics
我们找到了量子线路之间的一组充分的方程,从这组方程我们可以导出稳定器量子线路之间的任何其它方程。为了建立这个结果,我们依赖于现有的工作的图形ZX语言的量子过程的完整性。电路方程的复杂性,与对数量少得多的ZX方程的非常直观的阅读相反,主张用后者来执行量子线路的计算。
2014-04-16 quant-ph
Classically Simulating Quantum Supremacy IQP Circuits through a Random Graph Approach
本文提出改进的经典算法模拟随机IQP电路,通过振幅计算和稳定子分解将稠密电路模拟复杂度优化至O(((log n)^(4-β))/n^(2-β)*2^n),并实现笔记本上模拟50量子比特、集群可达70量子比特。
2023-01-28 quant-ph
Contracting Arbitrary Tensor Networks: General Approximate Algorithm and Applications in Graphical Models and Quantum Circuit Simulations
我们提出了一个一般的方法,近似收缩张量网络的任意连接。这使我们能够释放张量网络的计算能力,以广泛用于定义在一般图上的推理和学习问题。我们展示了我们的算法在图形模型中的应用,特别是在估计各种图上定义的自旋玻璃的自由能上,我们的方法大大优于现有的算法,包括平均场方法和最近提出的基于神经网络的方法。我们进一步将我们的方法应用于随机量子线路的模拟,并证明,与可以忽略不计的截断误差的权衡,我们的方法是能够模拟大型量子线路,是达到了国家的最先进的模拟方法。
2020-08-08 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el physics.comp-ph
A Complete Graphical Language for Linear Optical Circuits with Finite-Photon-Number Sources and Detectors
本文提出了一种名为 $\ extbf{LO}_{fi}$-calculus 的完备图形语言,用于在包含有限光子数源和探测器的线性光学电路中推理无限维玻色 Fock 空间,并给出了电路的紧凑通用形式。
2024-11-17 cs.LO quant-ph
Generative AI Beyond Tokens: Quantum Resource Consumption of IQP Circuits
Technical University of Applied Sciences Regensburg(雷根斯堡应用技术大学);Universität der Bundeswehr München(联邦国防军慕尼黑大学);Siemens AG, Foundational Technology(西门子股份公司基础技术部门)
该研究以魔术态为量子生成式建模资源,建立基于概率单纯形的评估框架,发现 IQP 电路能高效消耗魔术态,是量子优势演示的有前景候选。
2026-07-30 quant-ph
From Block Diagrams to Bloch Spheres: Graphical Quantum Circuit Simulation in LabVIEW
Gebze Technical University(盖布泽理工大学)
QuVI在LabVIEW中实现图形量子电路模拟,通过数据流范式提供直观的可视化工具,支持量子算法的原型设计与验证。
2026-02-03 physics.comp-ph physics.ed-ph quant-ph
Graphical Language with Delayed Trace: Picturing Quantum Computing with Finite Memory
图形语言,如量子线路或ZX演算,已经成功地设计用于表示作用于有限数量量子位的(无记忆)量子计算。与此同时,延迟跟踪已被用作一种图形化的方式来表示流上的有限内存计算,在经典的设置中(carpet数据类型)。我们合并这两种方法,并描述了一个一般的建设,扩展任何图形语言,配备了丢弃的概念,有限内存计算的图形语言。为了处理像ZX演算的情况下,这是完整的后选择的量子力学,我们扩展了延迟跟踪形式主义超越因果关系的情况下,完善的因果关系流Transformers的概念。我们设计了一个基于状态态射序列的流语义,并在一定的假设下,证明了它的普适性和完备性。最后,我们调查的链接,我们的框架与以前的工作carbohydrate数据类型,信号流图,和量子信道与内存。
2021-04-28 quant-ph
Quantum Multiple-Valued Decision Diagrams in Graphical Calculi
图形演算(如ZH演算)是研究和分析量子过程的强大工具,与其他量子计算模型(如量子线路、基于测量的计算等)有联系。描述量子过程的一种紧凑但系统的方法是通过使用量子多值决策图(QMDD),其已经用于量子线路的合成以及验证。在本文中,我们将展示如何将QMDD转换为等效的ZH图,反之亦然,并展示如何在ZH演算中减少QMDD,从而允许从一种形式主义到另一种形式主义的工具。
2021-07-02 cs.LO quant-ph
Graphical quantum Clifford-encoder compilers from the ZX calculus
本文提出一种基于ZX演算的量子编译算法,将Clifford编码器映射为唯一规范图形表示,并证明其规范性与高效可归约性,为通过图论分析设计新型稳定子量子码提供新途径。
2025-02-08 quant-ph
Clifford Manipulations of Stabilizer States: A graphical rule book for Clifford unitaries and measurements on cluster states, and application to photonic quantum computing
NSF-ERC Center for Quantum Networks, Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona(亚利桑那大学怀特光学科学学院量子网络 NSF-ERC 中心)
本文提出了一种基于克莱因群框架的图示规则手册,用于高效操作集群态,并展示了其在光子量子计算中的应用。
2023-12-04 quant-ph
Error-corrected Hadamard gate simulated at the circuit level
本文首次在电路级噪声下模拟表面码的逻辑Hadamard门,通过补丁变形的两种畴壁方案实现逻辑X和Z弦交换,优化物理电路并证明其逻辑失败概率与量子存储实验相当,还将SWAP纠错轮编译为仅四层双量子比特门。
2024-06-27 quant-ph
Completeness for arbitrary finite dimensions of ZXW-calculus, a unifying calculus
本文将融合ZX与ZW的ZXW图形演算从量子比特推广到任意有限维qudit,并证明其在任意有限维下均为完备的图形重写系统。
2023-04-27 quant-ph
Entanglement and Quaternions: The graphical calculus ZQ
图形演算是表示和推理量子线路和过程的重要工具。有些不仅图形直观,而且逻辑完整。其中最著名的是ZX演算,它是中间表示的行业候选者;一种位于算法设计者的意图和量子硬件的门指令之间的语言。ZX演算,建立在广义Z和X旋转,有困难的推理任意旋转。这与跨硬件编译器TriQ形成对比,TriQ使用这些任意旋转来利用硬件效率。在本文中,我们介绍了图形演算ZQ,它使用四元数来表示这些任意旋转,类似于TriQ,和无相位Z蜘蛛来表示纠缠,类似于ZX。我们证明了这种演算对于量子位量子计算是合理和完整的,同时也表明完全基于蜘蛛的表示是不可能的。这种新的演算扩展了量子比特图形演算的动物园,每个都有不同的优势,我们希望它能为ZX和TriQ的优化程序提供一种通用语言。
2020-03-22 quant-ph
Characterizing error propagation in quantum circuits: the Isotropic Index
本文提出了一种新的指标,以表征错误传播的量子线路中分离的两个组成部分:各向同性的组件,量化的信息缺乏,和不对齐的组件,这代表了当前状态和原始的纯量子态之间的移动的混合错误状态。各向同性三角形,一个图形表示,自然适合所提出的指数,也介绍了。最后给出了一些例子,分析了著名量子算法的退化。
2016-10-17 quant-ph
Beyond Bell sampling: stabilizer state learning and quantum pseudorandomness lower bounds on qudits
针对 Bell 采样在 d>2 维 qudit 上失效的问题,本文刻画其信息失效情形,并提出 O(n) 副本、O(n^4) 时间的 stabilizer 态学习算法及伪随机态区分算法,推出 Clifford 电路的量子伪随机性下界。
2024-05-10 cs.CC cs.DS quant-ph
Problem-informed Graphical Quantum Generative Learning
Eötvös Loránd University(罗兰大学);HUN-REN Wigner Research Centre for Physics(匈牙利科学院维格纳物理研究所);Ericsson Research(爱立信研究);Algorithmiq Ltd(Algorithmiq有限公司);Department of Physics, University of Helsinki(赫尔辛基大学物理系)
本文提出一种问题感知的量子电路Born机拟设,利用马尔可夫网络表示随机变量间的独立关系,以在生成式量子机器学习中引入归纳偏置,实验表明其优于问题无关电路,并探讨了量子优势潜力。
2026-09-28 quant-ph
Completeness of Graphical Languages for Mixed States Quantum Mechanics
量子信息处理有几种图形语言,如量子线路、ZX-演算、ZW-演算等,每一种语言都形成一个匕首对称monoidal范畴(dagger-SMC),并对(有限维)Hilbert空间的匕首对称monoidal范畴给出一个解释函子。近年来,量子力学的范畴方法的主要成就之一是为大多数这些图形语言提供了几个方程理论,使它们完全适用于纯量子力学的各种片段。我们解决的问题,这些语言的扩展超出纯量子力学,以理由对混合状态和一般的量子操作,即完全积极的地图。直觉上,这样的扩展依赖于丢弃映射的公理化,它允许人们摆脱量子系统,这在纯量子力学中是不允许的。我们引入了一个新的构造,丢弃构造,它将任何匕首对称monoidal范畴转化为一个对称monoidal范畴配备了丢弃映射。粗略地说,这种构造包括使任何等距成为因果关系。使用这种结构,我们提供了几个图形语言,我们证明是完整的一般量子操作的扩展。然而,这种构造对于某些边缘情形是失败的,比如Clifford+T量子力学,因为这个范畴没有足够的等距。
2019-02-19 quant-ph
Global Synthesis of CNOT Circuits with Holes
本文提出通过“切掉”无法重综合的门留下孔,形成量子梳,直接重综合以推广CNOT电路重综合算法,并实证优于切片法。
2023-08-31 cs.LO quant-ph
Graphical algorithms and threshold error rates for the 2d colour code
利用拓扑纠错的容错量子计算的最近工作显示出巨大的潜力,其中2d表面码具有接近1%的阈值错误率(NJoP 9:199,2007),(arXiv:0905.0531)。然而,二维表面码需要使用复杂的状态蒸馏过程来实现通用量子计算。(PRL 97:180501,2006)的颜色代码是部分解决该问题的相关方案,提供了横向执行所有Clifford群门的手段。我们回顾了色码及其纠错方法,讨论了一种基于图匹配的近似技术。我们推导出一个分析下限的阈值错误率为6.25%的无错误的伴随式提取,而数值模拟表明,它可能高达13.3%。包含故障综合征提取电路将阈值降低到约0.1%。
2009-07-10 quant-ph
High-threshold, low-overhead and single-shot decodable fault-tolerant quantum memory
Okinawa Institute of Science and Technology(冲绳科学技术大学院大学);Chalmers University of Technology(查尔姆斯理工大学);School of Physics, University of Sydney(悉尼大学物理学院);University of Edinburgh(爱丁堡大学);Freie Universität Berlin(柏林自由大学)
本文提出了一种新的量子低密度奇偶校验码家族——径向码,通过特定子集的古典准循环码的提升积得到。该码参数为[2r²s,2(r-1)²,≤2s],模拟显示距离与s线性相关。径向码在电路级噪声模拟中表现出与同类表面码相当的错误抑制能力,但使用约五倍更少的物理量子比特。
2026-04-20 quant-ph
ZX Graphical Calculus for Continuous-Variable Quantum Processes
本文提出一种受ZX演算启发的连续变量量子过程图形计算模型,将任意过程表示为有向图,用于直观证明过程等价性并应用于量子计算与电路优化。
2024-05-16 quant-ph
The ZX&-calculus: A complete graphical calculus for classical circuits using spiders
我们给出了由Z和X蜘蛛(对应于复制和加法)生成的ZX演算的片段ZX&以及“非”门和“与”门的完整介绍。为了证明完整性,我们自由地添加一个单位和计数器到由Toffoli门和辅助位生成的TOF类别中,表明这产生了有限序数和函数的完整子类别,对象幂为2;然后在此类别和ZX之间进行双向翻译。转换到TOF的某些扩展,而不是ZX演算的某些片段,是一个自然的选择,因为Toffoli门的乘法性质。为此,我们表明,自由添加计数到半Frobenius代数的离散逆范畴是相同的笛卡尔完成。特别地,对于一个离散逆范畴,经典通道范畴、笛卡尔完备化和加可数都产生同一个范畴。因此,将这些构造应用于TOF产生了有限序数的全子范畴和对象幂为2的部分映射。通过将自由单位完备化和自由单位完备化粘合在一起,这就产生了“量子比特多重关系”。"
2021-09-06 cs.LO math.CT quant-ph
Hybrid quantum-classical circuit simplification with the ZX-calculus
我们提出了一个完整的优化过程的混合量子经典电路与经典奇偶逻辑。虽然用于量子算法的常见优化技术集中于仅重写纯量子段,但是对于诸如量子纠错和量子断言之类的应用,有兴趣应用全局优化过程。本工作基于Duncan等人的纯量子线路优化方法,使用一个正式的图形ZX演算称为ZX-地面的扩展作为中间表示的混合电路,允许粒度优化低于量子门的水平。我们定义了一个翻译从混合电路到图表,承认图形理论的重点gFlow属性,需要最后提取回电路。然后,我们推导出一些gFlow保持优化规则的ZX-接地图,减少图形的大小,并设计一种策略,通过重写高斯消除过程指导下的图,以找到优化的机会。然后,提取电路后,我们提出了一个通用的程序检测段的电路一样的ZX-接地图,可以实现与经典的门在提取的电路。我们已经实现了我们的优化过程作为开源Python库PyZX的扩展。
2021-09-13 quant-ph
VyZX : A Vision for Verifying the ZX Calculus
优化量子线路是量子计算的关键挑战。PyZX编译器通过ZX演算优化电路开辟了新的天地,ZX演算是量子线路模型的一种强大的图形替代方案。然而,它并不能保证其正确性。为了解决这个问题,我们开发了VyZX,这是Coq证明助手中经过验证的ZX演算。VyZX提供了两种不同的ZX图表示,以便于编程和证明:基于图的表示用于在图上编写高级函数,基于块的表示用于证明ZX图的等价性。通过这两种不同的视图,VyZX提供了验证ZX图的属性和转换所需的工具。本文探讨了VyZX及其应用程序的基础证明和设计选择,以及验证图形化编程语言的挑战。
2022-05-18 cs.PL quant-ph
QuCAT: Quantum Circuit Analyzer Tool in Python
由约瑟夫森结和超导电子学构造的量子线路是许多量子计算和量子光学应用的关键。设计这些电路涉及计算描述其量子行为的哈密顿量。在这里,我们提出了QuCAT,或“量子线路分析工具”,一个开源框架,以帮助在这一任务。这个开源Python库具有直观的图形或编程界面来创建电路,计算其哈密顿量的能力,以及一组补充功能,例如计算耗散率或可视化电路中的电流。
2020-02-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Reconquering Bell sampling on qudits: stabilizer learning and testing, quantum pseudorandomness bounds, and more
Tencent Quantum Laboratory(腾讯量子实验室);HUN-REN Alfréd Rényi Institute of Mathematics(匈牙利冯·诺依曼数学研究所);HUN-REN Institute for Computer Science and Control(匈牙利计算机科学与控制研究所);Centre for Quantum Technologies(量子技术中心);National University of Singapore(新加坡国立大学);CNRS, IRIF, Université Paris Cité(法国国家科学研究中心、IRIF、巴黎Cité大学)
本研究基于拉格朗日四平方定理构建新型酉算子,攻克了Bell采样向任意维qudits推广的难题,并将稳定子学习、隐藏稳定子群求解等5类量子比特结果成功推广到qudits体系。
2026-08-26 cs.CC cs.DS cs.LG