Quantum Recurrence Plot Algorithm Based on Quantum Principal Component Analysis
Capital Normal University（首都师范大学）；Beijing Information Science and Technology University（北京信息科技大学）
研究基于量子主成分分析改进递归图算法，通过密度算子改进距离阈值函数并与量子电路集成，开发出量子递归图算法，实现并行计算高效性，降低成本，升级递归图为彩色热图，更好揭示系统动态特征。
2026-07-09 quant-ph
Mixed-Signal Quantum Circuit Design for Option Pricing Using Design Compiler
提出混合信号量子电路框架，融合三种新方法降低复杂度与噪声，在12量子比特案例中大幅减少门数、深度和错误率，证明量子电路可借助经典VLSI技术实现高效设计。
2025-06-19 cs.ET quant-ph
Efficient Quantum Circuit Design with a Standard Cell Approach, with an Application to Neutral Atom Quantum Computers
本文提出面向量子电路的标准单元协同设计与布局感知路由方法，并用于中性原子三维乘法电路，实现更快路由、更浅电路与更低成本。
2024-04-08 cs.ET quant-ph
Design of Quantum Circuits for Galois Field Squaring and Exponentiation
本文提出了一种在多项式基上生成深度、量子门和量子比特优化电路的算法，用于$GF(2^m)$平方。此外，据我们所知，所提出的量子平方电路算法是唯一考虑深度作为待优化度量的工作。我们将我们提出的算法生成的电路与最先进的电路进行了比较，并确定它们需要更少的$50 \%$量子位，并提供从$37 \%$到$68 \%$的门节省。此外，现有的量子取幂是基于模运算或整数运算。而伽罗瓦算法是设计量子密码分析中资源有效的量子幂运算电路的有效工具。因此，我们提出了基于所提出的量子伽罗瓦域平方电路的伽罗瓦域求幂的量子线路实现。与基于现有平方电路的相同量子求幂电路相比，我们计算了范围在$44\%$到$50\%$之间的量子比特节省和范围在$37 \%$到$68 \%$之间的量子门节省。
2017-06-15 cs.ET quant-ph
Quantum simulation and circuit design for solving multidimensional Poisson equations
许多方法通过使用网格技术在每个维度上离散问题来求解泊松方程。这些算法中的大多数都受到维数灾难的影响，因此它们需要指数运行时间。在论文“量子算法和电路设计解决泊松方程”中，量子算法在polylog时间内运行，以产生代表泊松方程解的量子状态。本文在经典计算机上对基于该算法的扩展电路设计进行了量子模拟。我们的目的是测试一个有效的电路设计，可以打破量子计算机上的维数灾难。由于希尔伯特空间的指数上升，这种设计在少量量子位上进行了优化。我们使用微软的量子开发工具包及其理想量子计算机的模拟器来验证该算法的正确性。
2020-06-16 cs.ET quant-ph
CutVQA: Co-Designing Circuit Cutting and Architecture Search for Scaling Variational Quantum Algorithms
School of Computer Science and Technology, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学计算机科学与技术学院）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
CutVQA通过整合电路切割与量子架构搜索，减少变分量子算法的采样开销和训练时间，提升可扩展性。
2026-03-14 cs.ET quant-ph
T-count and Qubit Optimized Quantum Circuit Designs of Carry Lookahead Adder
在硬件中实现量子算法需要加法等算术运算的量子线路。基于Clifford+T门的量子线路被使用，因为它们可以被制成对噪声的容忍。使用Clifford+T门和纠错码获得容错的折衷是T门的高实现开销。因此，在量子线路的设计中，T计数性能的度量变得非常重要。由于噪声，量子线路计算中的错误风险随着电路中的栅极层的数量（或深度）增加而增加。因此，诸如量子超前进位加法器（QCLA）之类的低深度电路引起了研究人员的注意。这项工作提出了两个QCLA设计，每个优化的T计数或量子位成本分别强调。显示了每种设计的在位和不在位版本。建议的QCLA与现有工程的T计数进行比较。所提出的用于错位加法的QCLA分别实现了$54.34 \%$和$37.21 \%$的平均T门节省。所提出的用于就地加法的QCLA实现了$72.11 \%$和$35.87 \%$的平均T门节省
2020-04-04 cs.ET quant-ph
QUANTIFY: A framework for resource analysis and design verification of quantum circuits
量子资源分析对于设计量子线路以及评估任意（纠错）量子计算的可行性至关重要。为此，我们介绍QUANTIFY，这是一个开源的框架，用于定量分析量子线路。它基于Google Cirq，并考虑到Clifford+T电路而开发，它包括处理Toffoli+H和更通用的受控量子门的必要方法。QUANTIFY的主要功能包括：（1）与表面码兼容的分析和优化方法，（2）在不同的自动化系统之间的选择，（混合极性）Toffoli门分解，（3）考虑已知门换向规则的半自动量子线路重写和量子门插入方法，以及（4）可以与不同验证方法（例如，真值表或电路不变量，如导线数量）组合的新颖优化器类型。为了进行基准测试，QUANTIFY包括量子存储器和量子算术电路。实验结果表明，该框架的性能可扩展到数千个量子位的电路。
2020-07-21 cs.ET quant-ph
RGB Image Classification with Quantum Convolutional Ansaetze
Shanghai University of Engineering Science（上海工程技术大学）；Kunfeng Quantum Technology Co., Ltd（昆峰量子科技有限公司）
随着量子硬件技术中量子比特数和相干时间的快速增长，在所谓的噪声中间尺度量子（NISQ）设备上实现浅神经网络引起了人们的极大兴趣。许多量子（卷积）电路ansaetze提出了灰度图像分类任务与有前途的经验结果。然而，当将这些ansaetze应用于RGB图像时，对于视觉任务有用的通道内信息没有被有效地提取。在本文中，我们提出了两种类型的量子线路ansaetze来模拟RGB图像上的卷积运算，其不同之处在于如何提取通道间和通道内信息。据我们所知，这是量子卷积电路有效处理RGB图像的第一项工作，与纯经典CNN相比，测试精度更高。我们还研究了量子线路规模与混合量子-经典卷积神经网络的可学习性之间的关系。通过基于CIFAR-10和MNIST数据集的实验，我们证明了更大尺寸的量子线路模型提高了多类分类任务的预测性能，为近期量子算法的发展提供了有用的见解。
2022-02-23 cs.CV cs.LG quant-ph
Image Compression Using Quantum Wavelet Transform and Quantum Convolutional Networks
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Mahindra University（马欣德拉大学）
本文提出混合量子-经典框架，结合变分量子小波变换和量子卷积网络实现灰度图像压缩，经SRGAN增强后重建性能接近并超越JPEG2000，验证了量子压缩与深度学习结合的潜力。
2026-09-24 quant-ph
Quantum Circuit Designs of Integer Division Optimizing T-count and T-depth
用于除法等数学函数的量子线路是使用量子计算机进行科学计算所必需的。基于Clifford+T门的量子线路可以很容易地实现容错，但是T门的实现成本非常高。现有量子计算机中可用的量子比特数量很少，这给量子线路增加了另一个约束。因此，减少T计数和量子位成本已成为重要的优化目标。用于整数除法的量子线路的设计已经引起了研究人员的注意，并且在文献中已经提出了设计。然而，这些设计遭受过度的T门和量子位成本。这些设计中的许多还产生显著的垃圾输出，从而导致额外的量子位和T门成本以消除这些输出。在这项工作中，我们提出了两个量子整数除法电路。第一个量子整数除法电路是基于恢复除法算法，第二个量子整数除法电路是基于非恢复除法算法。这两种设计都在T计数、T深度和量子位方面进行了优化。这两种提出的量子线路设计都是基于（i）量子加法器，（ii）量子加法器电路，和（iii）新颖的量子条件加法电路。我们提出的恢复除法电路实现了平均T计数节省从$79.03 \%$到$91.69 \%$相比，现有的作品。我们提出的非恢复除法电路实现了平均T计数节省从$49.75 \%$到$90.37 \%$相比，现有的作品。此外，我们提出的两种设计都具有线性T深度。
2018-09-25 cs.AR cs.ET quant-ph
Design of a fault free Inverter Circuit using Minimum number of cells & related Kink Energy Calculation in Quantum dot Cellular Automata
本文针对QCA反相器设计，提出用更少单元实现无故障电路，并计算扭结能量与极化，以降低功耗并提高开关速度。
2023-10-17 cs.AR cs.ET quant-ph
Quantum Circuit Design of Integer Division Optimizing Ancillary Qubits and T-Count
本文提出了一种基于Clifford + T门的具有$n$辅助量子位的整数除法量子线路设计。所提出的量子线路基于恢复除法算法。所提出的整数除法量子线路由（i）条件加法运算的量子线路和（ii）整数减法运算的量子线路组成。为了设计量子整数除法的辅助和T计数优化设计，提出了整数条件加法运算和整数减法运算的优化量子线路设计。与现有的基于量子傅立叶变换的整数量子除法电路相比，该电路在辅助量子比特方面提高了50%，在T计数方面提高了90%.
2016-09-05 quant-ph
Designing Efficient Programmable Quantum Circuits
构建通用可编程电路，使其能够在量子处理器上有效地运行任何给定的幺正算子，这具有根本的重要性。我们提出了一种新的量子线路设计技术，产生了两种通用的可编程电路方案。电路方案可用于通过设置电路中的角度值来模拟任何给定的算子。这提供了一种固定的电路设计，其角度以有效的方式从给定矩阵的元素确定，该矩阵可以是非酉的。我们还给出了这些电路的经典和量子复杂性分析，并表明，电路需要一些经典计算，它们的量子复杂性几乎与非一般电路相同。
2012-07-22 quant-ph
Architectural Robustness to Label Noise Using Variational Quantum Circuits for Medical Image Classification
University of Moratuwa（莫拉图瓦大学）；University of Toronto（多伦多大学）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文提出将冻结的ImageNet预训练ViT-B/16骨干网络与线性瓶颈及8量子比特变分量子电路结合，在无显式噪声处理组件的情况下，于MedMNISTv2数据集的标签噪声场景下实现了优于基线的医学图像分类性能。
2026-10-14 quant-ph
Automated discovery of superconducting circuits and its application to 4-local coupler design
超导电路已经成为构建量子处理器的有前途的平台。设计电路的挑战是在实现一组性能指标与降低电路复杂性和噪声敏感性之间进行折衷。与此同时，人们需要探索一个大的设计空间，计算方法往往会产生很长的模拟时间。在这里，我们使用SCILLA自动化的电路设计任务，超导电路的自动发现软件。SCILLA执行并行化的闭环优化，以设计符合预定义属性（如频谱特征和噪声灵敏度）的电路图。我们利用它来发现超导通量量子比特的4-本地耦合器，并确定一个电路，该电路在耦合强度和噪声弹性方面优于现有的具有类似电路结构的方案。这项工作展示了自动发现如何促进量子信息处理的复杂电路架构的设计。
2020-03-20 quant-ph
Quantum Circuit Design using a Progressive Widening Enhanced Monte Carlo Tree Search
本文提出一种基于采样动作空间和渐进式扩展的无梯度蒙特卡洛树搜索方法，用于自动设计量子电路，在量子化学和线性方程组等任务中将电路评估次数减少10至100倍，并显著降低CNOT门数量。
2025-04-28 cs.AI cs.ET quant-ph
T-count and Qubit Optimized Quantum Circuit Design of the Non-Restoring Square Root Algorithm
在量子计算机上实现科学计算算法需要用于平方根等基本数学函数的量子电路。基于Clifford+T门的量子电路可以很容易地实现容错，但T门的实现成本非常高。因此，减少T计数已成为重要的优化目标。此外，具有许多量子位的量子电路很难实现，这使得节省量子位并且不产生垃圾输出的设计是可取的。在这项工作中，我们提出了一个T计数优化的量子平方根电路，只有$2 \cdot n +1$量子比特，没有垃圾输出。为了与现有作品进行公平的比较，使用Bennett的垃圾清除方案来清除现有作品中的垃圾输出。我们确定，与现有工作相比，我们提出的设计实现了$43.44 \%$，$98.95 \%$，$41.06 \%$和$20.28 \%$的平均T计数节省以及$85.46 \%$，$95.16 \%$，$90.59 \%$和$86.77 \%$的量子位节省。
2018-10-29 cs.AR cs.ET quant-ph
Quantum Fidelity Landscape-Guided Prior Calibration for Single-Circuit QGAN Image Generation
Shanghai Maritime University（上海海事大学）；Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)（新加坡科技研究局）；Singapore Institute of Technology（新加坡理工学院）；Singapore Management University (SMU)（新加坡管理大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Tongji University（同济大学）
针对现有QGAN基于块分解导致全局一致性弱和资源开销大的问题，提出BasicQGAN，通过校准量子先验诱导的量子保真度景观，实现单电路端到端像素级图像生成，所需量子比特和参数更少且性能更优。
2026-09-30 cs.CV quant-ph
DDMF: An Efficient Decision Diagram Structure for Design Verification of Quantum Circuits under a Practical Restriction
为迎接未来的“量子计算时代”，量子线路的设计已引起人们的广泛关注。“与传统的逻辑合成一样，验证和分析生成的量子线路的功能应该很重要。为此，我们提出了一种有效的验证方法，量子线路下的实际限制。由于这种限制，我们可以引入一种基于决策图的有效验证方案，称为矩阵函数决策图（DDMF）。然后，我们分析了我们的方法的优势，基于DDMFs比以前的验证技术。为了介绍DDMF，我们还引入了新的概念，量子函数和矩阵函数，它们本身也可能是有趣的和有用的量子线路的设计。
2008-09-13 quant-ph
Quantum-circuit design for efficient simulations of many-body quantum dynamics
我们构造了一个高效的自主量子线路设计算法，用于创建高效的量子线路来模拟任意输入态的哈密顿多体量子动力学。所得到的量子线路具有最佳的空间复杂度，并采用一系列的门，这是接近最佳的时间复杂度。我们还设计了一个算法，利用交换性来优化并行执行的电路。作为例子，我们展示了我们的自主算法如何构造电路，用于模拟Kitaev的蜂窝模型和Bardeen-Cooper-Schrieffer超导模型的动态。此外，我们提供的数值证据表明，严格证明上限的模拟误差在这里和以前的工作中，有时可能会高估的误差的数量级相比，一些物理启发的模拟的最佳性能。
2012-10-10 quant-ph
Diagonal-unitary 2-designs and their implementations by quantum circuits
我们研究了随机对角酉矩阵的有效生成，酉矩阵对角在一个给定的基础上，其特征值随机分布的相位的合奏。尽管它们的代数结构很简单，但它们不能通过由几个量子比特对角门组成的量子线路来实现。介绍了对角酉$t$ -设计，并给出了两个在$N$ -量子比特系统中实现对角酉$2$ -设计的量子线路.一种是由单量子比特对角门和相位随机化的相位控制门组成，在所有量子比特对上应用这些门后，实现了精确的对角酉$2$设计。所需的门数为$N(N-1)/2$。如果使用受控Z门而不是受控相位门，则电路不能实现精确的$2$设计，而是通过在随机选择的量子位对上应用门来实现$ε$近似$2$设计。由于对的随机选择，电路获得额外的随机性，并且所需的门的数量至多为$O(N^2(N+\log1/ε))$。我们还提供了一个应用程序的电路，一个协议的产生一个确切的$2$ -设计的随机状态相结合的电路与一个简单的经典程序，需要$O(N)$随机经典位。
2014-01-30 quant-ph
Quantum circuit design for accurate simulation of qudit channels
我们构建了一个经典的算法，设计量子电路的算法量子模拟的任意量子信道的容错量子计算机在一个预先指定的误差容限相对于钻石范数距离。经典算法是通过优化一组非线性耦合代数方程组将量子信道分解为广义极值信道的凸组合而构造的。所得到的电路是一个随机选择的广义极端通道电路，其运行时间相对于误差容限是对数的，相对于Hilbert空间维数是二次的，它只需要一个辅助量子点加上经典量子点。
2015-09-22 quant-ph
Comment on the paper "Random Quantum Circuits are Approximate 2-designs"
在[A.W.哈罗和R.A.低，通讯。Math.Phys.291，257-302（2009）]中，示出了由随机2-量子比特门组成的量子线路在多项式时间内收敛到近似量子2-设计。我们指出并纠正了该文件的主要论点之一的缺陷。我们的替代论点强调了随机门引起的换位在实现收敛中所起的作用。
2010-06-22 quant-ph
A Universal Quantum Circuit Design for Periodical Functions
我们提出了一个通用的量子线路设计，可以估计任何一维周期函数的基础上相应的傅立叶展开。该量子线路包含N个量子比特以存储关于不同N傅立叶分量的信息，以及具有用于控制操作的$M = \lceil{\log_2{N}}\rceil$的$M+2$辅助量子比特。期望的输出将在最后一个量子位$q_N$中测量，其时间复杂度为$O(N^2\lceil \log_2N\rceil^2)$的计算。我们说明的方法，通过构建方波函数的量子线路与使用IBM-QASM模拟器直接模拟得到准确的结果。该方法是通用的，可以适用于任何周期函数。
2021-08-30 quant-ph
Feynman's Entangled Paths to Optimized Circuit Design
受Feynman路径形式启发，提出将电路纠缠演化作为优化设计的指导原则，猜想最优状态路径具有最小路径纠缠和，以缩小搜索空间提升优化效率。
2024-11-12 quant-ph
Fault-tolerance in qudit circuit design
多控制门的有效分解是量子编译中的一个重要因素，无论是在电路深度还是T门数量上。最近的工作表明，量子点有可能减少资源需求从线性对数深度，并避免分数相位旋转。在这里，我们认为，基于高指数状态的退相干的缩放，电路深度不是主要因素，并且纠缠门和交互网络拓扑结构的选择共同作用来确定电路中错误的传播和最终的故障率。我们进一步表明，对于某些线性深度的电路，额外的错误缓解是可能的，通过选择性应用的资源。
2022-02-14 quant-ph
A Review of Design Concerns in Superconducting Quantum Circuits
该短篇综述梳理了面向量子信息应用的超导量子电路设计全流程，涵盖有效哈密顿量实现、布局与哈密顿量转换、电磁仿真、串扰与屏蔽等设计考量，为相关研究者提供入门参考。
2025-05-30 quant-ph
Randomized Benchmarking Using Unitary t-Design for Average Fidelity Estimation of Practical Quantum Circuit
随机基准测试是一种有效的评估有噪声量子线路平均保真度的方法。然而，它对单一误差不敏感。在这里，我们提出了一种随机基准测试的方法，其中一个单一的t-设计，并通过它的单一误差估计可以转换为一组酉算子的伪随机性分析。当对n量子位d维系统进行酉t设计时，我们给出了随机基准测试序列数量的界。通过引入局部随机幺正算子，幺正t-设计的分解，该界比以前的多量子比特电路界更实用。我们还给出了一个严格的钻石范数之间的任意和均匀分布的酉算子集，形成一个ε-近似酉t-设计。它可以用来定量分析大规模量子线路中相应的平均保真度和误差。
2017-12-12 quant-ph
Design of an inductively shunted transmon qubit with tunable transverse and longitudinal coupling
本论文是在超导transmon型量子位架构的框架下，特别关注量子位与谐振器之间的两种重要耦合：横向耦合和纵向耦合。我们将看到纵向耦合在可扩展性和读出方面提供了一些显着的优势。本论文将着重于一个设计，它结合了这两种耦合类型在一个单一的电路，并提供了可能性，选择纯横向和纯纵向或两者同时。我们将从电路量子化的介绍开始，在那里我们将解释如何以系统的方式描述和分析超导电路，并讨论哪些特征电路元件构成量子比特和谐振器。然后，我们将介绍在我们的设计中提供的量子比特和谐振器之间的两种类型的耦合。将这个讨论从哈密顿水平转换到电路量子化的语言，我们将展示如何设计具有特定耦合的电路。我们将专注于我们的电路设计，包括一个电感分流transmon量子位与可调谐耦合到嵌入的谐波模式。可调谐设计的显著特征是，当纵向耦合最大时，横向耦合消失，反之亦然。随后，我们将转向我们的电路设计的实现，讨论如何选择参数，并提出一个适应的替代电路，其中耦合强度和非谐性比原始电路更好。此外，我们提出了一个实验装置，将作为第一个实验的原型的建议。最后，我们将讨论不同的可能性，做读出与我们的电路设计，包括一个简短的讨论耗散的影响的论文。
2018-04-27 quant-ph
Toolbox for the design of $LiNbO_3$-based passive and active integrated quantum circuits
我们提出并讨论了目前的发展前景，先进的量子光学电路单片集成在锂离子电池平台。包括基于参数下转换（PDC）的光子对源、无源路由元件和有源电光可控开关和偏振转换器的一组基本组件是工具箱的构建块，该工具箱是各种各样的量子线路的基础。我们回顾了这些组件的最新技术，并提供了适当描述其性能的模型在量子线路。作为这些模型的应用程序的一个例子，我们讨论的电路提供片上双光子干涉的设计问题。该电路包括用于光子对产生的PDC部分，随后是用于观察Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉的主动可控的修改的Mach-Zehnder结构。这种芯片的性能在理论上是模拟的，甚至考虑到个别组件的性能缺陷。
2018-02-06 quant-ph
Circuit Design for a Star-shaped Spin-Qubit Processor via Algebraic Decomposition and Optimal Control
针对星形拓扑量子设备，提出基于代数分解与最优控制的电路设计算法，并在氮-空位中心平台上数值验证其可行性。
2025-06-20 quant-ph
Design of Ultra-Low Noise Amplifier for Quantum Applications (QLNA)
本文设计了一种面向量子应用的超低噪声放大器，通过结合量子力学理论与工程方法优化电路参数，在10 K工作温度下实现了约0.009 dB的极低噪声系数。
2024-02-17 quant-ph
Random Quantum Circuits are Approximate 2-designs
给定两个量子比特上的通用门集合，众所周知，将集合中的随机门应用于量子比特的随机对将最终产生近似哈尔分布的幺正。然而，这需要指数时间。我们发现，只有多项式长度的随机电路将近似哈尔分布的第一和第二时刻，从而形成近似1和2设计。以前的结构需要更长的电路，只适用于特定的门组。作为我们的主要结果的推论，我们还改进了以前的Clifford群上的随机游动的收敛速度的界。
2009-10-13 quant-ph
Quantum Deep Dreaming: A Novel Approach for Quantum Circuit Design
McMaster University（麦克马斯特大学）
量子计算社区目前面临的挑战之一是设计可以在近期量子计算机上有效运行的量子线路，称为量子编译问题。诸如变分量子本征求解器（VQE）、量子近似优化算法（QAOA）和量子架构搜索（QAS）之类的算法已经被示出为生成或找到最佳近期量子线路。然而，这些方法在计算上是昂贵的，并且对电路设计过程的洞察力很小。在本文中，我们提出了量子深梦（QDD），一种算法，产生最佳的量子线路架构的指定目标，如基态准备，同时提供深入了解电路设计过程。在QDD中，我们首先训练一个神经网络来预测量子线路的某些性质（如VQE能量）。然后，我们在训练好的网络上使用Deep Dreaming技术来迭代地更新初始电路以实现目标属性值（例如基态VQE能量）。重要的是，这种迭代更新使我们能够分析做梦过程的中间回路，并深入了解网络在做梦过程中修改的回路特征。我们证明，QDD成功地产生，或“梦想”，电路的6个量子比特接近基态能量（横向场伊辛模型VQE能量）和梦想的分析产生电路设计的见解。QDD旨在优化具有任何目标属性的电路，并可应用于量子化学内外的电路设计问题。因此，QDD为未来发现优化的量子线路和提高自动量子算法设计的可解释性奠定了基础。
2022-11-05 cs.AI quant-ph
New designs of reversible sequential devices
一个明确的协议，从任何特定的门库的顺序可逆电路的综合已经提供。利用该协议，从NCT门库中设计了SR锁存器、D锁存器、JK锁存器和T锁存器的可逆电路。所有的电路已经优化与现有的局部优化算法（如模板匹配，移动规则和删除规则）的帮助下。结果表明，与早期的方案相比，本方案具有更低的门复杂度、更少的垃圾位数、更低的量子成本和更少的反馈回路数。为了公平的比较，优化的时序电路已与早期的建议相同的转换后，早期提出的电路等效NCT电路。此外，我们已经表明，在一些早期的建议中，通过引入新的门获得的门数的优势是一个伪像，如果允许的话，那么每个可逆电路块可以减少到一个门。在这种情况下，一些重要的概念性问题有关的设计和优化的顺序可逆电路已经解决。本文还提出了一种使可逆电路的量子代价最小化的方案。
2009-08-12 quant-ph
Universal Programmable Quantum Circuit Schemes to Emulate an Operator
与固定设计不同，可编程电路设计支持无限数量的运算符。可编程电路的功能可以通过简单地改变电路中旋转门的角度值来改变。在这里，我们提出了一种新的量子线路设计技术，导致两个通用的可编程电路方案。电路方案可用于通过设置电路中的角度值来模拟任何给定的算子。这提供了一种固定的电路设计，其角度是以有效的方式从给定矩阵的元素确定的，该矩阵可以是非酉的。我们也给出了这些电路的经典和量子复杂性分析，并表明，电路需要一些经典的计算。它们具有与非一般电路几乎相同的量子复杂性。由于所提出的电路设计独立于矩阵分解技术和用于为给定算子找到量子线路的全局优化过程，因此可以在量子计算机上对分子哈密顿算子的幺正传播子进行高精度模拟。作为一个例子，我们展示了如何建立氢分子的电路设计。
2012-11-11 cs.OH quant-ph
Quantum Circuit Design Search
Lehigh University（利哈伊大学）
本文探讨了参数化量子线路设计的搜索策略。我们提出了几种优化方法，包括随机搜索加适者生存，经典和混合量子经典控制器的强化学习和贝叶斯优化作为决策者，以自动化的方式设计量子线路，用于特定的任务，如数据集上的多标记分类。我们介绍了非平凡的电路架构，是艰巨的手工设计和有效的可训练性。此外，我们引入重新上传的初始数据到量子线路作为一个选项，以找到更一般的设计。我们数值计算表明，一些建议的架构虹膜数据集实现更好的结果相比，在文献中建立的参数化量子线路设计。此外，我们还研究了这些结构在看不见的数据集Glass上的可训练性。我们报告了与Glass数据集分类基准相比有意义的优势，这支持了建议的设计本质上更具可训练性的事实。
2021-01-04 cs.LG quant-ph
Quantum Generative Models for Image Generation: Insights from MNIST and MedMNIST
International Academia of Biomedical Innovation Technology（国际生物医学创新技术学院）；Neuro Industry, Inc.（神经产业公司）
本研究提出一种混合量子-经典图像生成框架，将变分量子电路集成到基于扩散的模型中，并引入两种新颖噪声策略。实验表明，在数据有限条件下，量子增强模型生成的图像比经典模型具有更高的感知质量和分布相似性，为低资源和生物医学图像生成奠定了基础。
2025-04-03 cs.LG quant-ph
Non-Haar random circuits form unitary designs as fast as Haar random circuits
The University of Tokyo（东京大学）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
非海尔随机电路与海尔随机电路在形成单元设计的效率上相差不大，为实际实验中的随机性生成提供了新思路。
2025-04-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
AI Agents for Variational Quantum Circuit Design
University of Alabama（阿拉巴马大学）
本文提出基于AI代理的变分量子电路设计方法，通过自动化搜索和优化，实现高效可扩展的量子电路设计。
2026-02-22 cs.ET hep-ex hep-lat
Universal low-depth two-unitary design of programmable photonic circuits
Faculty of Physics, M. V. Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）；Sber Quantum Technology Center（Sber量子技术中心）
本文提出了一种低深度双酉设计的可编程光子电路，通过将非酉矩阵表示为两个酉的和，实现了高效且可分析的矩阵-向量乘法。
2026-01-12 physics.optics quant-ph
Evolutionary Optimization for Designing Variational Quantum Circuits with High Model Capacity
Wells Fargo（富国银行）
针对QML模型设计依赖专家知识的问题，提出基于有效维度适应度函数的演化方法，自动设计高容量变分量子电路，提升复杂任务学习性能。
2024-12-17 cs.AI cs.ET cs.LG
Representation and design of wavelets using unitary circuits
讨论了离散紧致小波变换的局部酉门电路表示。我们采用了类似的形式主义，用于量子多体波函数的多尺度表示使用酉电路，进一步巩固了在[物理学评论Lett. 116，140403（2016）]之间的经典和量子多尺度方法。构造已知的正交，二进，离散WT的电路表示的算法，并提供Daubechies小波，coiflets和symlets的显式表示。此外，我们证明了有用的电路形式主义在设计新的WT，包括各类对称小波和多小波，边界小波和双正交小波。
2016-05-24 math.CA quant-ph
FlowQ-Net: A Generative Framework for Automated Quantum Circuit Design
Mila - Quebec AI Institute, Université de Montréal（魁北克人工智能研究所，蒙特利尔大学）
设计高效的量子线路是探索量子计算潜力的核心瓶颈，特别是对于有噪声的中间尺度量子（NISQ）设备，其中电路效率和对错误的弹性是至关重要的。门序列的搜索空间以组合方式增长，手工制作的模板通常会浪费稀缺的量子位和深度预算。本文介绍了一个基于流的量子设计网络\textsc{FlowQ-Net}，它是一个基于生成流网络GFlowNets的自动量子线路综合框架。该框架学习一种随机策略来顺序构建电路，按照灵活的用户定义的奖励函数的比例对它们进行采样，该函数可以编码多个设计目标，如性能，深度和门数。这种方法独特地能够生成各种高质量电路，超越单一解决方案优化。我们证明了\textsc{FlowQ-Net}的有效性，通过一组广泛的模拟。我们将我们的方法应用于变分量子算法（VQA）的设计，用于分子基态估计，Max-Cut和图像分类，这是近期量子计算的关键挑战。由\textsc{FlowQ-Net}设计的电路实现了显著的改进，与常用的单位基线相比，产生了在参数、门和深度方面更加紧凑的10 $\times$ -30 $\times$的电路，而不影响精度。即使受到来自现实世界量子设备的错误配置文件的影响，这种趋势也是如此。我们的研究结果强调了生成模型作为自动化量子线路设计的通用方法的潜力，为更有效的量子算法和加速量子领域的科学发现提供了一条有前途的道路。
2025-10-30 cs.LG quant-ph
Ultrastrong coupling in a scalable design for circuit QED with superconducting flux qubits
本文从理论上研究了一种含有超导磁通量子比特的电路量子电动力学（QED）结构。量子位通过源自谐振器的电流模式的ac电流耦合到传输线谐振器。通过改变量子比特和谐振器之间的电容可以获得超强耦合。我们提出了一个可扩展的设计，其中两个量子位耦合可以实现。
2015-10-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
A compact design for the Josephson mixer: the lumped element circuit
我们提出了一个紧凑和有效的设计方面的增益，带宽和动态范围的约瑟夫森混频器，超导电路执行三波混频在微波频率。在一个所有集总元件为基础的电路与电流耦合端口，我们展示了非退化放大的微波信号在带宽高达50 MHz的功率增益为20 dB。该混频器的量子效率约为70 $\%$，饱和功率达到$-112$ dBm。
2015-06-08 cond-mat.supr-con quant-ph
Reinforcement Learning for Quantum Circuit Design: Using Matrix Representations
Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
针对NISQ时代下量子电路自动映射到通用门集的挑战，本文提出通用的MDP建模，并采用Q-learning和DQN算法进行量子电路设计，提供了一种超越传统手工启发式方法的自动化、可扩展方案。
2025-01-27 cs.AI quant-ph
Automated Unitary Coupled Cluster Circuit Design via Differentiable Quantum Architecture Search
The Chinese University of Hong Kong (Shenzhen)（香港中文大学（深圳））
本文采用可微量子架构搜索（DQAS）基于UCCSD算子池设计VQE电路，提出全局和逐层两种模式，在紧凑电路下比ADAPT-VQE精度更高且CNOT门更少。
2026-05-27 physics.chem-ph quant-ph
Unitary Designs of Symmetric Local Random Circuits
本文通过整数优化方法给出对称局域随机电路渐近形成t设计的充要条件，并明确求得$\mathbb{Z}_2$、U(1)和SU(2)对称性下酉设计的最大阶数，揭示对称性与局域性在随机性中的内在联系。
2025-05-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Towards a SAT Encoding for Quantum Circuits: A Journey From Classical Circuits to Clifford Circuits and Beyond
可满足性测试（Satisfiability Testing，SAT）技术在经典计算中已得到很好的建立，其中它们用于解决各种各样的问题，例如，在经典电路和系统的设计中。与经典领域类似，量子算法通常被建模为电路，需要处理类似的设计任务。因此，很自然地提出这样一个问题，即量子领域的这些设计任务是否也可以使用SAT技术来处理。据我们所知，不存在任意量子线路的SAT公式，并且不知道这种方法是否可行。在这项工作中，我们定义了一个命题SAT编码，在原则上，可以应用于任意的量子线路。然而，我们表明，由于固有的复杂性表示量子态，构建这样的编码是不可行的。因此，我们建立了一般的标准，以确定建议的编码的可行性，并确定类的量子线路满足这些标准。我们明确地证明了如何建议的编码可以应用到类Clifford电路作为代表。最后，我们实证证明了所提出的编码Clifford电路的适用性和效率。有了这些结果，我们奠定了基础，继续在经典电路和系统设计的量子线路SAT的持续成功。
2022-03-01 cs.LO quant-ph
Designing Atomtronic Circuits via Superfluid Dynamics
提出利用BEC和移动势垒设计原子电子学电路，通过经典场模拟实现了AND和NOT通用逻辑门集并组装成电路。
2024-11-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Design of nanophotonic circuits for autonomous subsystem quantum error correction
我们重新应用我们的方法来设计纳米光子量子存储器，以制定一个光网络，自主保护一个单一的逻辑量子比特对任意单量子比特错误。该网络模拟9量子位Bacon-Shor子系统代码，通过连续的、与时间无关的光相互作用和单一处理的光场的相干反馈来取代传统的离散综合征测量和校正步骤。
2011-02-15 physics.optics quant-ph
Gyrators for superconducting circuit design
Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出磁通-电荷对称哈密顿形式主义，结合点变换扩展Tellegen结果，将非互易电路转化为动态等效互易电路，用于含回转器的非线性超导电路设计。
2026-10-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
