Evaluation of variational quantum states entanglement on a quantum computer by the mean value of spin
根据变分量子态纠缠与自旋平均值的关系，研究了变分量子态纠缠的几何度量。我们研究了由一个变分电路制备的n量子位量子态，该变分电路具有由旋转门和双量子位控制的相位门形成的层。变分电路是用于制备量子生成对抗网络状态的电路的推广。在变分量子态中，一个量子比特与其他量子比特的纠缠度取决于作用于该量子比特的旋转门的角度以及通过受控相位门与之纠缠的量子比特的角度及其参数。在一层变分电路的情况下，状态可以与具有表示量子位的顶点和对应于两量子位门的边的图相关联。量子比特与量子图状态中的其他量子比特的纠缠的几何度量取决于在图中表示它的顶点的属性，即它取决于顶点度。在IBM量子计算机上，对变分量子态纠缠的几何度量与量子态参数的关系进行了量化。
2023-01-10 quant-ph
Mitigating Quantum Gate Errors for Variational Eigensolvers Using Hardware-Inspired Zero-Noise Extrapolation
本研究针对变分量子算法因随机误差和有限相干时间性能下降的问题，提出利用量子比特非均匀误差特性，通过不同映射得到不同电路误差总和，结合零噪声外推法缓解量子门误差，经数值验证有效并探究了适用范围。
2024-07-09 quant-ph
A fault-tolerant variational quantum algorithm with limited T-depth
我们提出了一种变分量子本征求解器（VQE）算法，该算法使用容错门集，因此适合于在未来的纠错量子计算机上实现。VQE量子线路通常被设计用于近期的、有噪声的量子设备，并且具有连续参数化的旋转门作为中心构建块。另一方面，容错量子计算机只能实现一组离散的逻辑门，例如所谓的Clifford+T门。我们表明，VQE的能量最小化，可以执行这样的容错离散门集，在这里我们使用Ross-Selinger算法来编译的连续旋转门的错误可纠正的Clifford+T门集。我们发现，有没有损失的收敛时相比，一个参数化的电路，如果一个自适应精度的编译使用的VQE优化。VQE的状态准备只需要中等数量的T门，这取决于系统大小和转换精度。我们展示了这些属性的仿真器上的两个原型自旋模型与多达16个量子位。这是一个有希望的结果，VQE和更普遍的变分算法在新兴的容错设置，在那里他们可以形成一般的量子算法，将成为可访问的容错量子计算机的构建块的集成。
2023-03-08 quant-ph
Quantum-classical tradeoffs and multi-controlled quantum gate decompositions in variational algorithms
本文针对近期量子设备的资源限制，以QAOA求解MIS问题为例，探究了算法层面（三种QAOA变体的经典参数、量子门等权衡）与硬件层面（多控制门分解的门分解代价指标）的量子-经典资源权衡。
2024-10-01 quant-ph
Efficient variational synthesis of quantum circuits with coherent multi-start optimization
本研究提出一种变分量子电路综合方法，通过广泛搜索初始条件与参数化双量子比特门实现架构与单比特门联合优化，有效最小化CNOT数量，并在多个Toffoli门分解及实际电路基准中展现竞争力。
2023-04-21 quant-ph
Variational Quantum Circuits for Multi-Qubit Gate Automata
本文提出一种NISQ友好的量子-经典混合方法，通过变分量子算法设计时间无关哈密顿量以生成多量子比特酉变换，并成功以高保真度实现Toffoli门，展示了量子计算用于量子计算机设计的潜力。
2024-09-20 quant-ph
Quantifying the effect of gate errors on variational quantum eigensolvers for quantum chemistry
本研究通过密度矩阵模拟量化了变分量子本征求解器可容忍的去极化门误差，发现实现化学精度所需的门误差概率随系统规模和噪声双量子比特门数量增加而降低，表明需大幅降低门误差才能实现量子优势。
2024-02-13 quant-ph
Enhancing Circuit Trainability with Selective Gate Activation Strategy
Yonsei University（延世大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
针对VQAs中可训练性与表达能力的权衡，本文在VQE中评估三类选择性门激活策略，发现基于参数大小的激活可改善收敛。
2025-03-17 cs.LG quant-ph
Gate Freezing Method for Gradient-Free Variational Quantum Algorithms in Circuit Optimization
Aalto University（阿尔托大学）；University of Jyväskylä（于韦斯屈莱大学）
本文提出无需门冻结的梯度自由优化方法，通过重新分配优化资源提升Rotosolve、Fraxis和FQS等优化器性能，增强PQC优化的鲁棒性和效率。
2026-04-10 quant-ph
Universal Variational Quantum Computation
变分量子算法主导当代基于门的量子增强优化，特征值估计和机器学习。在这里，我们建立量子计算的普遍性变分量子计算通过开发两个目标函数，最小化准备输出的任意量子线路。变分量子计算的短暂资源是期望值的数量，这些期望值必须使用经典到量子的外环优化来迭代地最小化。这个优化问题的一个有效的解决方案是由量子线路本身进行模拟。第一种构造在包含$\mathcal{O}({poly} \ln n)$非Clifford门的$n$ -量子位电路的期望值的数量方面是有效的-期望值的数量与模拟电路中出现的Clifford门无关。第二种方法产生$\mathcal{O}(L^2)$期望值，同时引入不超过$\mathcal{O}(\ln L)$松弛量子位，对于划分为$L$门的量子线路。因此，基于目标函数和迭代反馈的经典评估的实用变分量子编程过程原则上与任何其他量子计算模型一样强大。这一结果提高了变分方法的形式地位，同时建立了一个新的通用模型的量子计算。
2020-12-29 quant-ph
Noise Resilience of Variational Quantum Compiling
变分混合量子经典算法（VHQCA）是一种利用经典优化来最小化成本函数的近期算法，该成本函数在量子计算机上有效地进行评估。最近已经提出了用于量子编译的VHQCA，其中目标酉$U$被编译成短深度门序列$V$。在这项工作中，我们报告了一个令人惊讶的形式，这些算法的噪声弹性。即，我们发现人们经常学习正确的门序列$V$（即，正确的变化参数），而不管在成本评估电路期间作用的各种非相干噪声源。我们的主要结果是严格的定理，说明最佳变分参数不受一类广泛的噪声模型，如测量噪声，门噪声和泡利信道噪声。此外，我们在IBM的噪声模拟器上的数值实现在编译量子傅里叶变换、Toffoli门和W态准备时表现出弹性。因此，变分量子编译，由于其鲁棒性，可以实际上是有用的噪声中等规模的量子器件。最后，我们推测，这种噪声弹性可能是一个普遍的现象，适用于其他VHQCA，如变分量子本征求解器。
2020-04-03 quant-ph
Pulse based Variational Quantum Optimal Control for hybrid quantum computing
本文研究了基于脉冲的变分量子算法（VQA），该算法通过结合经典和量子硬件来确定量子力学系统的基态。与更标准的基于门的方法相比，基于脉冲的方法旨在直接优化与量子位相互作用的激光脉冲，而不是使用一些参数化的基于门的电路。使用最优控制的数学形式，这些激光脉冲被优化。这种方法已经在量子计算中用于优化用于量子门实现的脉冲，但是直到最近才被提出用于VQA中的完全优化。基于脉冲的方法与基于门的方法相比具有若干优点，诸如更快的状态准备、更简单的实现以及在状态空间中移动的更自由度。基于这些思想，我们提出了一种新的基于伴随的变分方法的发展。这种方法可以适用于中性原子量子计算机。这种基于脉冲的变分量子最优控制方法能够近似简单分子的分子基态达到化学精度，并且能够在量子评估的总数方面与基于门的变分量子本征求解器竞争。总演化时间$T$和控制哈密顿量$H_c$的形式是影响系统向基态能量收敛行为的重要因素，它们都影响系统的量子速度极限和可控性.
2023-01-24 quant-ph
Minimal-Energy Optimal Control of Tunable Two-Qubit Gates in Superconducting Platforms Using Continuous Dynamical Decoupling
Sao Carlos Institute of Physics, University of Sao Paulo（圣卡洛斯物理研究所，圣保罗大学）；Departamento de Física, Universidade Federal de São Carlos (UFSCar)（圣卡洛斯联邦大学物理系）
本研究通过连续动态去耦与变分最小能量最优控制相结合，实现超导平台中高保真度的可调双量子比特门设计。
2026-01-15 quant-ph
Distributed Variational Quantum Optimisation by Entanglement-Selective Transport
Pawsey Supercomputing Research Centre（珀斯超级计算研究中心）
提出QESTO分布式变分量子算法，利用预共享Bell对实现图优化问题的分布式求解，无需非局域门，在瓦片匹配问题中优于分区QAOA。
2026-06-03 quant-ph
Variational protocols for emulating digital gates using analog control with always-on interactions
本文针对中性原子量子模拟器设计变分脉冲序列，在始终开启相互作用下实现单、多量子比特门层，并可支持重聚焦、SWAP网络与量子化学模拟，为模拟处理器运行变分量子算法提供新路径。
2024-05-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Variational Quantum State Diagonalization
变分混合量子经典算法是近期在量子计算机上实现的有希望的候选者。在这些算法中，量子计算机评估门序列的成本（与经典成本评估相比具有加速），并且经典计算机使用此信息来调整门序列的参数。在这里我们提出了这样一个算法的量子态对角化。状态对角化在凝聚态物理中有应用（例如，纠缠光谱学）以及机器学习（例如，主成分分析）。对于一个量子态$ρ$和门序列$U$，我们的成本函数量化了$ UρU^{\dagger}$离对角线有多远。我们引入新的短深度量子线路来量化我们的成本。最小化该成本将返回近似对角化$ρ$的门序列。然后可以读出$ρ$的最大特征值和相关特征向量的近似值。作为原理证明，我们在Rigetti的量子计算机上实现了我们的算法，以对角化一个量子比特状态，并在模拟器上找到海森堡模型基态的纠缠谱。
2019-06-26 quant-ph
Short-depth trial-wavefunctions for the variational quantum eigensolver based on the problem Hamiltonian
对于变分量子本征求解器，我们建议从问题哈密顿量的少量选定的泡利项生成试探波函数。两种不同的方法，一个启发的量子近似优化算法和其他的时间进化，提出并详细研究。利用数值计算，我们研究了这些试探波函数的效率，找到三个分子的基态能量：H2，LiH和H2O。我们发现，只有少量的泡利项需要达到化学精度，导致短深度量子线路与少量的变分参数。对于LiH分子，量子线路由36个双量子位门、45个单量子位门和4个变分参数组成，对于较大的分子具有有利的缩放。
2019-08-26 quant-ph
Exploring variational quantum eigensolver ansatzes for the long-range XY model
Institute of High Performance Computing, A*STAR (Agency for Science, Technology and Research)（高性能计算研究所，A*STAR（科学与技术研究局））；Singapore University of Technology and Design (SUTD)（新加坡科技设计大学）
本研究针对长程XY模型的基态求解问题，测试不同纠缠结构与门组成的VQE拟设性能，发现全纠缠TQR拟设表达能力最优，受限纠缠拟设也可实现可接受的求解效果。
2022-08-02 quant-ph
Simulating the flight gate assignment problem on a trapped ion quantum computer
本文在IonQ Aria囚禁离子量子计算机上使用VQE和CVaR求解航班登机口分配问题，通过小规模完整运行和大规模推理实验证明当前及近期量子硬件能以高概率获得良好解。
2023-09-18 quant-ph
Variational Quantum Circuit Decoupling
本文提出变分解耦算法，将 n 量子比特幺正门分解为多个独立演化的子组件，并应用于量子电路综合，数值实验表明其能实现传统变分电路无法达到的 2 和 4 量子比特门保真度。
2024-06-09 quant-ph
Quantum Variational Activation Functions Empower Kolmogorov-Arnold Networks
Department of Physics and Center for Theoretical Physics, National Taiwan University（物理系与理论物理中心，国立台湾大学）；Center for Quantum Science and Engineering, National Taiwan University（量子科学与工程中心，国立台湾大学）；Physics Division, National Center for Theoretical Sciences, National Taiwan University（理论科学国家中心物理组，国立台湾大学）；Department of Computer Science, University of North Carolina at Chapel Hill（计算机科学系，北卡罗来纳大学教堂山分校）
研究通过引入量子变分激活函数（QVAF）统一量子机器学习与柯尔莫哥洛夫-阿诺德网络。核心方法是用参数化量子电路作激活函数，如DARUAN。主要贡献是提升网络参数效率、表现力等，QKAN可替代多层感知器，且在经典量子模拟器上高效可模拟。
2026-07-07 cs.LG quant-ph
Variational Quantum Pulse Learning
量子计算是最有前途的新兴技术之一，可以解决在经典硬件上难以计算的问题。大量现有的工作集中在门级上使用变分量子算法用于机器学习任务，例如变分量子线路（VQC）。然而，由于参数数量有限，VQC具有有限的灵活性和可表达性，例如，在一个旋转门中只能训练一个参数。另一方面，我们观察到量子脉冲在量子计算的堆栈中比量子门低，并且提供了更多的控制参数。受VQC良好性能的启发，本文提出了变分量子脉冲（VQP），一种直接训练量子脉冲用于学习任务的新范例。所提出的方法通过在优化框架中推拉脉冲的幅度来操纵变化的量子脉冲。与变分量子算法类似，我们的训练脉冲的框架保持了对噪声的鲁棒性。在二进制分类的示例任务中，与qiskit噪声模拟器（使用真实机器的噪声模型）和ibmq-jarkata上的VQC学习相比，VQP学习的准确率分别提高了11%和9%，证明了其有效性和可行性。VQP获得可靠结果的稳定性也已在噪声存在下得到验证。
2022-08-06 quant-ph
Quadratic Clifford expansion for efficient benchmarking and initialization of variational quantum algorithms
变分量子算法被认为是近期量子计算机的有吸引力的应用。然而，目前还不清楚它们是否能优于经典算法。为了揭示它们的局限性，我们必须寻求一种技术来在大规模问题上对它们进行基准测试。在这里，我们提出了一个微扰的方法变分量子算法的有效基准。所提出的技术进行微扰扩展的电路组成的Clifford和泡利旋转门，这是通过利用经典的Clifford电路的可模拟性。我们的方法可以应用到一个广泛的家庭的参数化量子线路组成的克利福德门和单量子比特旋转门。通过该方法获得的近似最优参数也可以作为量子器件进一步优化的初始猜测，这可能解决所谓的“贫瘠高原”问题。作为该方法的第一个应用，我们执行了所谓的硬件有效型ansatzes的基准时，他们被应用到一维氢链的VQE高达$\mathrm{H}_{24}$，这对应于$48$ -量子比特系统，使用标准的工作站。
2020-12-14 quant-ph
Optimizing a parameterized controlled gate using Free Quaternion Selection
本研究将自由四元数选择技术扩展应用于参数化广义受控门，提出局部最小化代价函数的优化算法，在多种量子优化任务中实现更高效优化、更强表达能力与更浅电路，还可推广优化粒子数守恒门以提升分子时间演化算符的量子编译效果。
2025-08-04 quant-ph
Variational preparation of entangled states in a system of transmon qubits
本研究利用最小校准的iSwap类门结合变分量子算法，在transmon量子比特系统中高效制备高保真Bell态和GHZ态，并通过CHSH不等式验证了纠缠质量。
2025-04-21 quant-ph
Thermal Activation and Quantum Field Emission in a Sketch-Based Oxide Nano Transistor
我们报告的直接测量的势垒和纳米线段之间的电子耦合的草图为基础的氧化物纳米晶体管（SketchFET）设备。在室温附近，开关由跨越由纳米线栅极控制的势垒的热激活来控制。低于T=150 K，观察到量子场发射的交叉，这是敏感的结构相变中的SrTiO 3层。这种直接测量源极-漏极和栅极-漏极能量势垒的方法对于室温逻辑和存储元件以及低温量子器件的发展至关重要。
2010-09-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robustness of Variational Quantum Algorithms against stochastic parameter perturbation
本文通过微扰分析研究了变分量子算法在随机门误差下的去相干与能量估计偏差，确定了满足稳定性引理的噪声阈值，并在最多14量子比特问题上验证了不同门误差对相干性的影响差异。
2024-06-11 quant-ph
Mitigating Coherent Errors through a Decoherence-Resistant Variational Framework employing Stabilizer State
University of Trieste（的里雅斯特大学）
本文提出变分相干错误缓解（VCEM）方法，利用稳定子形式主义优化原生门参数以抑制相干错误，且不受非相干噪声影响，可预补偿后结合标准缓解技术，数值模拟验证其有效性。
2025-10-23 quant-ph
Pulse-based variational quantum optimization and metalearning in superconducting circuits
本文提出基于脉冲的变分量子优化框架，在超导电路中通过优化磁通量驱动波函数至基态，并引入元学习全局优化器，相比门控变分算法更具优势。
2024-07-17 quant-ph
Adaptive variational preparation of the Fermi-Hubbard eigenstates
在量子化学和凝聚态物理中对强相互作用电子系统的基态进行近似，有望成为量子计算机最早的应用之一。在本文中，我们准备高精度的费米-哈伯德模型的基态的小网格多达6个站点（12量子比特），使用可解释的，自适应的变分量子本征求解器（VQE）称为ADAPT-VQE。与非自适应VQE相比，该算法通过在每一步中添加由单体或两体费米子算子构建的最佳门来构建系统特定的模型。我们表明，这种自适应方法优于非自适应对应较少的变参数，短门深度，并缩放与系统的大小。预备态的保真度和能量随着退火深度的增加而逐渐提高。我们还演示了自适应变分方法的应用，通过准备激发态和格林函数，使用建议的ADAPT-SSVQE算法。较低的深度，渐近收敛，噪声容限的变分方法，和一个高度可控的，系统特定的ananastomosis使自适应变分方法特别适合NISQ设备。
2022-11-02 quant-ph
Resource-efficient Variational Compilation of Block-Encodings
Universität Stuttgart（斯图加特大学）
该研究提出了一种资源高效的块编码变分编译方法，通过参数化量子电路优化输入矩阵的变分参数，利用对称性减少参数数量，提升优化能力。
2025-12-24 quant-ph
Fourier expansion in variational quantum algorithms
针对变分量子算法中损失函数傅里叶展开难以获取的问题，提出一种在 $\mathcal{O}(N2^m)$ 时间内计算系数的经典算法，并揭示了 Clifford+Pauli VQA 中傅里叶展开的稀疏性等新特性。
2023-04-16 quant-ph
Hybrid Gate-Pulse Model for Variational Quantum Algorithms
当前的量子程序大多是在门级上综合和编译的，其中量子线路由量子门组成。然而，当量子门最终被转换为控制信号并应用于量子设备时，门级工作流程引入了显著的冗余。对于超导量子计算机，控制信号是微波脉冲。因此，脉冲级优化由于其在电路持续时间方面的优势而受到研究人员的更多关注。然而，最近的工作，是有限的，其可扩展性差所带来的控制信号的大参数空间。此外，门级“知识”的缺乏也会影响纯脉冲级框架的性能。我们提出了一个混合门脉冲模型，可以减轻这些问题。我们建议使用门级编译和优化的“固定”的量子线路的一部分，并使用脉冲级方法的问题不可知的部分。实验结果证明了该框架在离散优化任务中的有效性。我们在问题不可知层中实现了最多8%的性能提升，脉冲持续时间缩短了60%。
2022-12-01 cs.SY eess.SY quant-ph
Qubit coupled cluster singles and doubles variational quantum eigensolver ansatz for electronic structure calculations
用于电子结构计算的变分量子本征求解器（VQE）被认为是近期量子计算的一个主要潜在应用。在众多的VQE算法中，酉耦合簇单双激励（UCCSD）VQE算法具有较高的精度，受到了广泛的研究兴趣。然而，基于费米激发的UCCSD VQE在使用Jordan Wigner变换时需要额外的宇称项。在这里，我们介绍了一种新的VQE的基于粒子保持交换门实现量子比特的激发。所提出的VQE算子具有上界到$O(n^4)$的门复杂度，其中$n$是哈密顿算子的量子位数。对简单分子系统BeH $_2$，H $_2$ O，N $_2$，H $_4$和H $_6$的数值计算结果在误差约为$10^{-3}$ Hartree的范围内给出了非常精确的结果.
2020-10-10 quant-ph
Variational waveguide QED simulators
本文提出利用波导QED模拟器的可调范围发射器相互作用构造变分拟设，以更少门和参数精确求解XXZ与Ising量子临界自旋模型基态，并展示了其在噪声下的优势。
2023-02-03 quant-ph
Non-Variational ADAPT algorithm for quantum simulations
本文提出一种非变分ADAPT算法，通过能量梯度测量确定算子和门参数以制备目标哈密顿量基态，实验表明其以与ADAPT-VQE相似的测量成本达到化学精度，且因无需经典优化子程序而对参数误差更具鲁棒性。
2024-11-14 quant-ph
Variational Hamiltonian simulation for translational invariant systems via classical pre-processing
大型量子系统的时间演化模拟是一个经典的挑战性和一般棘手的任务，使其成为量子计算的一个有前途的应用。Trotter-Suzuki近似产生其实现，其中可以用更高的近似精度换取增加的门计数。在这项工作中，我们引入了一个变分算法，它使用经典优化的解决方案来预测有效的量子线路的时间演化的几何不变的量子系统。我们的策略可以提高Trotter-Suzuki精度几个数量级。它转化为门数的减少，从而在相同的算法精度下获得整体保真度。这在NISQ应用中很重要，其中输出状态的保真度随门的数量呈指数衰减。我们的经典辅助策略的性能优势，可以扩展到开放的边界与平移对称的散装。我们可以将我们的方法外推到经典可模拟的系统大小之外，保持其总保真度优于Trotter-Suzuki近似，使其成为超越经典时间演化的有趣候选者。
2023-03-06 quant-ph
Variational Quantum Support Vector Machine based on $Γ$ matrix expansion and Variational Universal-Quantum-State Generator
我们使用基于变分量子电路模型的支持向量机分析了一个二进制分类问题。我们建议通过使用$Γ$矩阵展开来求解支持向量机的线性方程。此外，它表明，任意量子态的制备，通过优化的通用量子线路表示的任意$U(2^N)$基于最速下降法。它可能是现场可编程门阵列（FPGA）的量子推广。
2021-01-20 quant-ph
Physics-Informed Neural Networks for Gate Design using Quantum Optimal Control
University of Wisconsin -- Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本研究探索将物理信息神经网络（PINNs）用于量子最优控制以预测高保真度量子门脉冲，通过定制架构（正弦激活函数、方差型权重初始化）和损失函数确保量子系统演化约束，实验表明其可发现多种双量子比特门的高保真脉冲，验证了实用性。
2025-11-12 quant-ph
Gate-free state preparation for fast variational quantum eigensolver simulations: ctrl-VQE
变分量子本征求解器（VQE）是目前在近期量子计算机上求解电子结构问题的旗舰算法。这种混合量子/经典算法涉及在量子硬件上实现一系列参数化门以生成目标量子态，然后测量分子哈密顿量的期望值。由于有限的相干时间和频繁的门错误，可以实现的门的数量在当前的量子设备上仍然有限，从而阻止了对具有显著纠缠的系统（例如强相关分子）的精确应用。在这项工作中，我们提出了一种替代算法（我们称之为ctrl-VQE），其中用于状态准备的量子线路被完全移除，并由量子控制例程取代，该量子控制例程变化地形成脉冲以驱动初始Hartree-Fock状态到完全CI目标状态。与VQE一样，优化的目标函数是量子比特映射分子哈密顿量的期望值。然而，通过去除量子线路，状态准备所需的相干时间可以通过直接优化脉冲而大幅减少。我们证明了这种方法的潜力数值直接优化脉冲形状，准确地模拟氢分子（共价键）和氦氢化物离子（离子键）的解离曲线，我们计算单点能量LiH与四个transmons。
2021-05-11 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
On the explainability of quantum neural networks based on variational quantum circuits
Istanbul Medeniyet University（伊斯坦布尔梅德尼耶特大学）
本文证明基于变分量子线路的量子神经网络可表示为岭函数的线性组合，从而将其可解释性研究转化为岭函数线性组合的逼近问题。
2024-10-23 cs.LG quant-ph
Variational Learning with Sparse Long-range Entangling Gates
University of Oxford（牛津大学）
研究变分量子算法中结构化长程连通性的作用，通过多种分析方法探讨其对算子空间的影响，探索不同问题下稀疏耦合图的优势，还引入变分方案，确定电路几何结构和量子比特可重构性是与任务相关的变分算法资源。
2026-07-09 cond-mat.quant-gas quant-ph
Variational quantum compiling with double Q-learning
College of Mathematics and Informatics, South China Agricultural University（华南农业大学数学与信息学院）
量子编译的目的是通过从本机门字母表中抽取的量子门来构造量子线路V，其在功能上等价于目标酉U。这是在有噪声的中尺度量子（NISQ）器件上运行量子算法的关键阶段。然而，量子电路的结构探索空间是巨大的，这导致需要人类的专业知识，数百个实验或修改现有的量子线路。提出了一种基于强化学习的变分量子编译（VQC）算法，以实现无人工干预的量子线路结构自动设计。智能体通过双Q学习和ε-贪婪探索策略从本机门字母表和它们作用的量子比特中顺序选择量子门并体验重放。首先，智能体随机探索具有不同结构的多个量子线路，然后迭代地发现在学习任务上具有更高性能的结构。仿真结果表明，与以往的VQC算法相比，该方法可以用较少的量子门实现精确编译。它可以减少由于NISQ器件中的退相干过程和门噪声而导致的量子算法的误差，使量子算法特别是复杂算法能够在相干时间内执行。
2021-03-22 cs.LG quant-ph
Entanglement Production and Convergence Properties of the Variational Quantum Eigensolver
我们使用变分量子本征求解器（VQE）算法对变分形式（波函数Ansätze）进行了系统的研究，以确定三角形晶格上的二维模型费米子系统（有和没有周期边界条件）的基态能量和性质。特别是，我们专注于纠缠块的性质，提供最有效的收敛到系统的基态，因为它们使用的门操作，这是关键的实现该算法在NISQ计算机的数量最少。使用并发性度量，在整个优化过程中监测寄存器量子比特的纠缠量，阐明其在确定收敛效率方面的作用。最后，我们调查的VQE电路深度的缩放作为所需的能量精度的函数。我们表明，在一个错误$\varepsilon$达到一个解决方案所需的门的数量如下Solovay-Kitaev缩放，$\mathcal{O}(\log^c(1/\varepsilon))$，指数$c = 1.31 {\rm{\pm}}0.13$。
2020-10-26 quant-ph
Quantum algorithms for grid-based variational time evolution
提出一种一阶量子化网格编码下的变分量子算法，用于量子动力学模拟，通过子空间对角化缓解数值不稳定性，额外开销为O(MN^2)个双量子比特门。
2023-09-26 quant-ph
Geometric Quantum Machine Learning with Horizontal Quantum Gates
针对几何量子机器学习中等变电路约束过强、表达能力有限的问题，提出基于齐性空间的水平量子门新范式，可提升表达能力、实现高效分解并减少参数量。
2024-06-06 quant-ph
Coherent and non-unitary errors in ZZ-generated gates
本文比较 ZZ 门的 CP 与 CZ 编译方案在相干过旋转和退极化噪声下的保真度，给出误差阈值，并指出低误差下 CZ 结合虚拟 Z 分解可减少校准。
2023-04-27 quant-ph
Comparative study of adaptive variational quantum eigensolvers for multi-orbital impurity models
混合量子经典嵌入方法的相关材料模拟提供了一个潜在的量子优势的路径。然而，由$d$和$f$电子材料的多带性质产生的所需量子资源仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们比较了不同的变分量子本征求解器的性能在相互作用的多轨道嵌入杂质模型的基态准备，这是量子嵌入理论中计算要求最高的步骤。专注于自适应算法和模型与8自旋轨道，我们表明，状态准备的结晶度优于$99.9\%$可以实现约$2^{14}$拍摄每个测量电路。当包括门噪声时，我们观察到，如果两个量子比特的门误差低于$10^{-3}$，这比当前的硬件水平略小，则仍然可以执行参数优化。最后，我们在IBM和Quantinuum硬件上用收敛的自适应模拟器测量了基态能量，得到了$0.7\%$的相对误差。
2022-10-27 quant-ph
Applications and resource reductions in measurement-based variational quantum eigensolvers
本研究探讨量子算法的测量基实现流程与资源缩减方法，提出基于测量的变分量子本征求解器（MBVQE）求解三类问题，证明其可实现浅深度、简连接且高表达能力的量子计算，为近期光子量子计算提供支撑。
2023-07-24 quant-ph
Resource Estimation for Quantum Variational Simulations of the Hubbard Model
随着量子硬件的进步，我们进入了噪声中间尺度量子（NISQ）时代，由于其深度较浅，我们可以使用NISQ机器执行而无需量子纠错的一个可能任务是变分量子本征求解器（VQE）。我们可以解决的一个具体问题是强相互作用的费米-哈伯德模型，这是经典的棘手问题，在超导等领域具有实际意义。在这篇文章中，我们概述了有关的门序列，测量方案和相关的错误缓解技术的NISQ平台上实现的哈伯德VQE的细节。我们对硅自旋量子比特和超导量子比特进行了50量子比特模拟的资源估计，这无法通过经典方法精确求解，并发现了类似的结果。所需的双量子位门的数量大约为20000。因此，为了将平均电路错误计数抑制到一个水平，使得我们可以在错误减轻的帮助下获得有意义的结果，我们需要实现$\sim 10^{-4}$的两量子比特门错误率。在寻找基态时，我们需要几天的时间进行一次梯度下降迭代，这是不切实际的。如果我们将任务分配给数百个量子处理单元，这可以减少到大约$10$分钟。因此，在NISQ机器上实现50量子位哈伯德模型VQE在短期内可能是可行的，但需要进一步优化我们的模拟方案，提高门保真度，改进优化方案和改进错误缓解技术，以克服剩余的障碍。硬件平台的可扩展性对于通过并行化来克服运行时间问题也是至关重要的，并行化可以在单个硅多核处理器上完成，也可以在多个超导处理器上完成。
2020-06-30 quant-ph
Circuit-centric quantum classifiers
当前一代的量子计算技术要求量子算法需要有限数量的量子比特和量子门，并且对错误具有鲁棒性。一种合适的设计方法是变分电路，其中门的参数是学习的，这种方法在机器学习中的应用特别富有成效。在本文中，我们提出了一个低深度的变分量子算法的监督学习。输入特征向量被编码为量子系统的振幅，并且参数化单量子位和双量子位门的量子线路以及单量子位测量用于对输入进行分类。该电路架构确保可学习参数的数量在输入维度上是多对数的。我们提出了一个量子经典训练方案，其中模型的分析梯度可以通过运行几个稍微适应版本的变分电路来估计。我们通过模拟表明，以电路为中心的量子分类器在标准经典基准数据集上表现良好，同时需要比其他方法少得多的参数。我们还评估敏感性的分类状态准备和参数噪声，引入量子版本的辍学正则化和提供一个图形表示的量子门高度对称的线性层的神经网络。
2018-04-02 quant-ph
Entanglement Distance of Two- and Multi-Qubit Variational States and Its Quantification with Quantum Computing
Ivan Franko National University of Lviv（利沃夫伊万·弗兰科国立大学）；SoftServe Inc.（SoftServe公司）
通过解析推导和量子计算模拟，研究了变分量子电路中两量子比特和多量子比特系统的纠缠距离，并量化了其与电路参数和深度的依赖关系。
2026-05-28 quant-ph
Post-processing variationally scheduled quantum algorithm for constrained combinatorial optimization problems
该研究提出结合变分方法与后处理技术的pVSQA算法，给出其适用的充分条件，在模拟器及两类量子器件上验证了其求解约束NP难组合优化问题的有效性。
2024-04-07 quant-ph
Hardware-efficient variational quantum algorithm in trapped-ion quantum computer
本文提出面向囚禁离子量子模拟器的硬件高效变分拟设HEA-TI，利用全局自旋相互作用减少双比特门依赖，在簇态制备和分子基态求解中展现出与UCCSD相当的性能且更易实验实现。
2024-07-03 quant-ph
