Quanto: Optimizing Quantum Circuits with Automatic Generation of Circuit Identities
现有的量子编译器专注于将逻辑量子线路映射到量子设备及其本机量子门。在编译过程中，仅使用简单的电路恒等式来优化量子线路。这种方法忽略了更复杂的电路恒等式，这可以用于进一步优化量子线路。我们提出了Quanto，第一个自动生成电路身份的量子优化器。Quanto将门集合作为输入，并为门集合生成可证明正确的电路标识。Quanto的电路身份自动生成包括单量子位和双量子位门，这导致了一个新的电路身份数据库，其中一些是我们所知的新颖的。除了生成新的电路恒等式，Quanto的优化器还将这样的电路恒等式应用于量子线路，并找到其他量子编译器（包括IBM Qiskit和剑桥量子计算Tket）尚未发现的优化量子线路。Quanto的电路身份数据库可以用于改进现有的量子编译器，Quanto可以用于为新的门集生成身份数据库。
2021-11-22 cs.PL quant-ph
Fault testing quantum switching circuits
测试模式生成是一种电子设计自动化工具，它试图找到一个输入（或测试）序列，当该序列应用于数字电路时，使人们能够区分正确的电路行为和由特定故障引起的故障行为。这种经典方法的有效性是由故障模型的故障覆盖率和生成向量的数量来衡量的，这应该与测试应用时间成正比。这项工作解决了量子过程验证问题，考虑量子力学适应的测试模式生成方法用于测试经典电路。我们发现，量子力学允许同时执行多个测试向量，使每个门实现的过程中的空间/时间复杂性，打破经典的可测性下限的一组完整的特征状态的作用。
2010-01-19 quant-ph
Testing Bell's inequality in constantly coupled Josephson circuits by effective single-qubit operations
在位间不可调的超导电路中（例如，电容）耦合，理想的局部量子操作不能精确地在各个约瑟夫森量子位上执行。在这里，我们提出了一个有效的动态解耦方法，以克服“固定相互作用”的困难，有效地实现量子计算的基本逻辑门。所提出的单量子比特操作和局部测量应该允许用一对电容耦合的约瑟夫森量子比特来测试贝尔不等式。除了光谱分析[Nature \textbf{421}，823（2003）; Science \textbf{300}，1548（2003）]之外，这提供了一种强有力的方法来验证两个固定耦合的约瑟夫森量子比特之间宏观量子纠缠的存在。
2005-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Self-Testing of Quantum Circuits
我们证明了一个量子线路连同测量仪器和EPR源可以完全验证，而不需要参考其他一些可信的量子设备。我们的主要假设是，我们所研究的物理系统由几个可识别的子系统组成，我们可以在这些子系统上局部应用一些给定的门。为了实现我们的目标，我们定义了模拟和等价的概念。模拟的概念是指在测量物理系统时产生正确的概率。为了能够有效地测试量子操作的组成，我们引入了等价的概念。与模拟不同，模拟是指测量的量（即，结果的概率），等价关系数学对象，如状态，子空间或门。使用这两个概念，我们证明了，如果一个系统满足一些模拟条件，那么它是等价的，它是旨在实现。此外，通过我们的形式主义，我们可以证明这些陈述是鲁棒的，并且鲁棒性的程度可以明确（与[DMMS 00]的鲁棒性结果不同）。特别是，我们还证明了EPR测试[MY98]的稳健性。最后，我们设计了一个测试任何量子线路，其复杂性是线性的门和量子比特的数量，多项式的精度要求。
2005-12-14 quant-ph
Testing a Quantum Computer
量子检验问题得到了形式化的解决。所提出的方法试图量子作用的经典测试生成和测试集减少方法已知的标准二进制和模拟电路。QuFault，作者的软件包使用非常有效的模拟器QuIDDPro[1]为任意量子线路生成测试计划。介绍了量子故障表的概念，并给出了其数学形式化描述，解释了测试生成方法。
2004-10-07 quant-ph
Testing Bell inequalities with circuit QEDs by joint spectral measurements
我们提出了一种可行的方法来测试贝尔不等式的实验演示电路QED系统，由两个良好分离的超导电荷量子比特（SCQ）分散耦合到一个共同的一维传输线谐振器（TLR）。我们的建议是基于两个SCQ的联合光谱测量，即，它们在计算基$\{|kl>,\,k,l=0,1\}$中的量子态可以通过检测驱动TLR的透射光谱来测量：每个峰标记一个计算基，并且其相对高度对应于叠加的概率。通过这些联合光谱测量，可以在没有标准层析成像技术的情况下鲁棒地确认两个SCQ的贝尔态。此外，这两个远距离量子比特之间的统计非定域相关性可以通过联合光谱测量直接读出，因此贝尔不等式可以通过顺序测量与适当选择的经典定域变量$\{θ_j,θ_j', j=1,2\}$的集合相关的相关性来测试。我们的建议的实验挑战进行了分析。
2011-01-13 quant-ph
Automatic Depth-Optimized Quantum Circuit Synthesis for Diagonal Unitary Matrices with Asymptotically Optimal Gate Count
本文针对对角酉矩阵综合提出一种深度优化算法，在保持渐近最优门数的同时将电路深度较先前方法降低近一半，并在随机矩阵和QAOA电路上验证了显著效果。
2022-12-02 quant-ph
Linear-Size QAC0 Channels: Learning, Testing and Hardness
Nanjing University（南京大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本文研究线性规模常深度量子电路QLC^0信道，改进QAC^0电路近似次数上界并推出奇偶校验的电路规模下界，同时提出首个次指数时间的不可知学习算法及容错测试算法，并建立学习QAC^0信道的指数查询复杂度下界。
2025-11-08 quant-ph
Testing graph isomorphism using simple quantum circuits
University of Bristol（布里斯托大学）；Phasecraft Ltd.（Phasecraft有限公司）
该研究探讨IQP和QAOA等简单量子电路能否区分非同构图，通过引入相关不变量实现了图对的区分，证明这类量子电路可编码图的结构信息。
2026-10-14 quant-ph
Deterministic Fault-Tolerant State Preparation for Near-Term Quantum Error Correction: Automatic Synthesis Using Boolean Satisfiability
本文提出利用布尔可满足性等经典电路设计技术，为当前及近期硬件可实现的一类量子码自动综合确定性、最优容错态制备电路，并通过电路级噪声模拟验证。
2025-01-09 quant-ph
Automatically Differentiable Quantum Circuit for Many-qubit State Preparation
Capital Normal University（首都师范大学）
构建量子线路以实现有效的态制备是量子信息和计算领域的核心课题。随着量子比特数量的快速增长，人们迫切需要获得大规模量子线路的方法。在这项工作中，我们提出了自动微分量子线路（ADQC）的方法来有效地制备任意量子多比特态。其中一个关键因素是引入潜在的门，它的分解给出了形成量子线路的幺正门。通过使用反向传播更新潜在门来优化电路，以最小化演化状态和目标状态之间的距离。以量子晶格模型的基态和随机矩阵乘积态为例，在不可能处理全系数的量子比特数下，ADQC以较少的层数$N_L \sim O(1)$获得了较高的量子效率。与现有的基于矩阵乘积解缠器的状态准备方法相比，达到了更高的精度。采用压缩比为$r \sim O(10^{-3})$的ADQC可以显著降低MPS的参数复杂度。我们的工作为结合机器学习方法实现多量子比特系统的量子线路的“智能构造”提供了思路。
2021-04-30 cond-mat.str-el cs.LG physics.comp-ph
Manipulating complex hybrid entanglement and testing multipartite Bell inequalities in a superconducting circuit
多系统可观测量中的量子关联不仅具有重要意义，而且在量子信息处理中起着重要作用。作为这些相关性的一个标志，贝尔不等式的违反还没有被证明与多体混合纠缠涉及连续和离散变量。在这里，我们创建了一个五体纠缠态，其中有三个超导transmon量子比特和两个光子量子比特，每个量子比特都编码在微波腔的介观场中。我们揭示了这些不同的元素之间的量子关联的联合Wigner层析术的两个腔场的条件下检测的量子比特和测试的五部贝尔不等式。测得的Bell信号为$8.381\pm0.038$，超过了量子关联所施加的四方纠缠的8的界限10个标准差，证明了混合量子系统中真正的五体纠缠。
2020-05-20 quant-ph
Retromorphic Testing of Quantum Compiler Passes
The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
该研究针对量子编译器 passes 提出了基于 Retromorphic 测试和 Hadamard 测试原理的自动化验证方法，在 RetroQ 框架中实现后，成功重现并发现了量子编译器 passes 的多个缺陷，凸显了专用测试方法对提升量子软件栈可靠性的重要性。
2026-10-09 cs.SE quant-ph
Efficient Mutation Testing of Quantum Machine Learning Models
University of Florida（佛罗里达大学）
本文提出高效量子机器学习模型变异测试方法，定义新型变异操作并引入定向变异生成技术，提升测试鲁棒性以发现传统方法无法检测的故障。
2026-04-30 cs.LG quant-ph
Stabilizer Testing and Magic Entropy via Quantum Fourier Analysis
本文提出基于量子卷积与交换测试的量子傅里叶协议，用于统一测试和量化量子比特、qudit 及多类电路中量子态与门的魔法。
2025-08-11 cs.CC math-ph math.MP
SurfBraid: A concept tool for preparing and resource estimating quantum circuits protected by the surface code
第一代量子计算机将执行容错的量子线路，而且这种线路很有可能使用表面量子纠错码。据我们所知，目前还没有针对此类电路的完整设计自动化工具。这在很大程度上是因为这样的电路具有三维布局（例如，二维硬件和作为第三维的时间轴），并且它们的优化仍在进行中的研究。这项工作介绍了SurfBraid，表面代码保护的量子线路的自动设计工具-它包括一个完整的工作流程，将任意量子电路编译成中间Clifford+T等效表示，进一步合成和优化表面码保护的结构（目前，编织缺陷）。SurfBraid可以说是第一个灵活的（模块化结构，可通过用户提供的脚本扩展）和交互式（基于用户交互自动更新结果，基于浏览器）工具，用于此类电路。原型的方法新颖之一是它的能力，自动估计执行大型容错电路所需的资源。原型实现和相应的源代码可在https://alexandrupaler.github.io/quantjs/上获得。
2019-02-06 cs.ET quant-ph
Fault Tolerant Synthesis of Reversible Circuits
可逆计算在速度、功耗和计算能力方面已经成为传统计算的可能的低成本替代方案。为了在可逆计算中实现可靠的电路，提供容错是必要的。文献中提出了许多故障模型，容错技术（如奇偶保持）和测试方法。本文利用两个可逆门的奇偶保持特性，提供低成本的基于奇偶保持的容错。为了扩展可逆电路的在线可测性，提出了用Peres门代替的方法。并对MCF的Swap门和Fredkin门的在线测试能力进行了验证。最后，开发了一个工具，实现了上述所有替换，并将任意可逆电路转换为基于奇偶保持的容错电路。
2015-01-16 cs.ET quant-ph
Efficient Quantum Control via Automatic Control Skips
本文提出一种通用方法自动识别量子电路中可跳过的控制模式，证明最优解为NP难，但多项式近似算法可在实际应用中使电路指标提升超50%。
2025-05-23 quant-ph
Bona: Automatic Management of Dirty Ancilla Borrowing in Quantum Circuits
Institute of Software, Chinese Academy of Sciences（中国科学院软件研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Key Laboratory of System Software (Chinese Academy of Sciences)（系统软件重点实验室（中国科学院））；State Key Laboratory of Computer Science（计算机科学技术国家重点实验室）
本研究提出首个脏量子位借用调度器Bona，其通过感知深度启发式算法实现，可平均减少近99%的脏辅助量子位，在并行量子行走等场景中兼具窄宽度与浅深度的优化优势。
2026-08-11 cs.PL quant-ph
Quantum Circuit Simulation by SGEMM Emulation on Tensor Cores and Automatic Precision Selection
本文提出利用输入张量指数范围统计自动选择TF32或FP16张量核心执行GEMM，在保持SGEMM精度的同时将量子电路模拟吞吐量最高提升1.86倍。
2023-07-10 cs.DC quant-ph
Testing multi-photon interference on a silicon chip
大型多端口干涉仪中的多光子干涉是线性光学量子计算的关键，特别是玻色子采样。硅光子学使复杂的干涉电路与许多组件在一个小的足迹，并有可能将这些实验扩展到更多的干扰模式。然而，损耗通常限制了在该平台上实现多光子实验。在这里，我们利用高效率的光栅耦合器将明亮而纯净的基于ppKTP波导的量子光源与硅电路相结合。我们在多达15种模式中干扰多达5个光子，通过将结果与各种模型（包括光子之间的部分可分辨性）进行比较，验证真正的多光子干涉。
2019-09-06 quant-ph
Differentiable Quantum Architecture Search For Job Shop Scheduling Problem
本文提出JSSP-DQAS框架，将可微量子架构搜索扩展至基于变分量子本征求解器的作业车间调度问题，通过重新定义操作池自动生成抗噪电路架构，显著提升了求解效率。
2024-01-03 quant-ph
quAssert: Automatic Generation of Quantum Assertions
函数验证对于检测量子计算过程中的任何错误都是必要的。使用运行时断言来调试量子线路是有希望的途径。然而，现有的方法依赖于验证工程师的专业知识来手动设计并在合适的位置插入断言。在本文中，我们提出了基于静态分析和随机采样的量子线路的量子断言的自动生成和放置。具体而言，本文作出了两个重要贡献。我们利用统计方法自动揭示了量子线路的特殊性质，如纯经典态、叠加态和纠缠态。我们还执行量子断言的自动放置，以最大限度地提高功能覆盖率，并最大限度地减少硬件开销。我们使用一套量子基准测试，包括Shor的因子分解算法和Grover的搜索算法，证明了生成的断言在错误检测中的有效性。
2023-03-02 cs.SE quant-ph
Complete Self-Testing of a System of Remote Superconducting Qubits
本文开发了缺失的理论，在相距30米的超导电路系统中实现了对Bell对生成和Pauli测量的完整自测试，以设备无关方式认证了至少58.9%的Bell态保真度和89.5%的测量保真度，推动了分布式量子计算与通信应用。
2024-08-02 quant-ph
Automatic Generation of Grover Quantum Oracles for Arbitrary Data Structures
对量子计算的研究兴趣稳步增长--以及随之而来的量子硬件实现方面的技术进步--推动了有意义的现实世界应用的发展，以及知名量子算法的实现。迄今为止最突出的例子之一是Grover算法，它可以用于非结构化数据库中的高效搜索。经常被屏蔽为黑盒的量子预言在Grover的算法中扮演着重要角色。因此，神谕的自动生成至关重要。此外，Grover量子预言机的相应电路的自动生成与可逆量子逻辑的合成密切相关，尽管在该领域取得了许多进展，但直到今天，在为复杂的布尔函数合成有效和可扩展的电路方面仍然存在挑战。在本文中，我们提出了一个灵活的方法，自动编码的非结构化数据库到预言机，然后可以有效地搜索Grover的算法。此外，我们开发了一种量身定制的量子逻辑综合方法，大大提高了电路的复杂性比其他电流的方法。最后，我们提出了另一种逻辑综合方法，考虑到现实世界的后端扩展的要求。我们比较我们的方法与其他方法，通过评估随机数据库的预言生成和分析所产生的电路复杂性，使用各种指标。
2021-10-14 cs.ET quant-ph
Testing non-isometry is QMA-complete
确定由量子线路增加的最坏情况的不确定性被证明是计算上难以处理的。这是一个检测的问题，当一个量子信道实现为一个电路是接近线性等距，它被证明是完整的复杂性类QMA的可验证的量子计算。这是通过将检测通道何时接近等距的问题与确定当输入是纯状态时通道的输出可以混合到何种程度的问题相关联来完成的。通道输出的混合程度可以通过使用交换测试的协议来检测：这是因为并行应用两次的等距不会影响交换操作下输入状态的对称性。
2010-06-01 quant-ph
Probabilistic model of fault detection in quantum circuits
结果表明，量子线路的故障测试不遵循传统的经典技术。如果电路中包含像Hadamard门这样的概率门，那么经典的测试向量概念就失效了。我们报道了量子故障的几个新的显著特征，并提出了一种检测量子线路中功能故障的一般方法。该技术可以产生测试向量，用于检测不同类型的故障。给出了具体的例子和时间复杂度的建议量子故障检测算法。
2009-05-12 quant-ph
Hypothesis testing with open quantum systems
使用量子线路模型，我们得到的最大能力来区分几个候选哈密顿描述一个开放量子系统。特别地，当量子系统微扰耦合到宽带量子化环境时，该理论提供了可从连续量子测量记录中检索的最大信息。
2015-02-09 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
Testing Quantum Mechanics using Noisy Quantum Computers
我们概述了一个建议，以测试量子力学在高复杂度制度使用嘈杂的中间尺度量子（NISQ）设备。该过程包括模拟一个非Clifford随机电路，然后是它的逆电路，然后检查结果状态是否与初始状态相同。我们的动机是假设量子力学不是基本的，而是从计算能力较低的理论中产生的，例如经典力学。这个突现的量子力学（EmQM）假设预测量子计算机将无法进行足够复杂的量子计算。我们表明，量子力学预测，我们的程序的保真度随电路深度呈指数衰减（由于噪声在NISQ设备），而EmQM预测，保真度将衰减显着更迅速足够深的电路，这是实验签名，我们建议寻找。我们估计粗略的界限时，可能的信号EmQM应预期。此外，我们发现信息量大的实验应该只需要数千个量子位。
2022-08-25 hep-th quant-ph
Exploring ab initio machine synthesis of quantum circuits
本文研究在经典或混合量子-经典机器中从头自动合成量子电路的方法，涵盖新门结构引入、参数化电路优化、代价函数选择及低价值门移除，并在最多10量子比特的仿真环境中验证了酉过程编码与电路重编译任务。
2022-06-22 quant-ph
On the Feasibility of Quantum Unit Testing
本文通过179万余个变异量子电路实证比较统计测试与量子中心测试，证明状态向量测试和逆测试在精度与效率上优于传统方法，为量子软件单元测试提供了更可靠的策略。
2025-07-23 cs.SE quant-ph
Automatic quantum circuit encoding of a given arbitrary quantum state
提出一种量子-经典混合算法AQCE，通过奇异值分解逐一确定最优双比特酉算子，迭代最大化保真度，自动构建任意量子态的最优量子线路编码，并在无噪声模拟与真实噪声设备上验证了其对多体基态及经典图像的有效性。
2021-12-29 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Giallar: Push-Button Verification for the Qiskit Quantum Compiler
本文介绍了Gialar，量子编译器的全自动验证工具包。Gialar不需要手动规范、不变量或证明，并且可以自动验证编译器是否保留了量子电路的语义。为了处理量子编译器中的无界循环，Gialar抽象了三个循环模板，其循环不变量可以自动推断。为了有效地检验具有复杂矩阵语义表示的任意输入和输出电路的等价性，Gialar引入了量子电路的符号表示和一组表示符号量子电路等价性的重写规则.使用Gialar，我们在Qiskit编译器（开源量子编译器标准）的13个版本中实现并验证了44个（共56个）编译器通道，在此期间，Qiskit检测到并确认了三个错误。我们的评估表明，大多数Qiskit编译器通过可以在几秒钟内自动验证，验证只会对编译性能产生适度的开销。
2022-05-02 cs.PL quant-ph
Differentiable Quantum Architecture Search for Quantum Reinforcement Learning
Ludwig Maximilians University（路德维希-马克西米利安大学）；Siemens AG（西门子股份公司）
本文首次将可微分量子架构搜索（DQAS）应用于量子强化学习，在车杆和冰湖环境中验证其能自动高效设计电路并显著优于人工设计电路。
2023-09-20 cs.LG quant-ph
