Quantum annealers as programmable thermal machines
Wrocław University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫理工大学）；Quantumz.io Sp. z o.o.（Quantumz.io有限责任公司）；Institute of Theoretical and Applied Informatics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院理论与应用物理研究所）；Jülich Supercomputing Centre, Institute for Advanced Simulation, Forschungszentrum Jülich（于利希超算中心，先进模拟研究所，于利希研究中心）；University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩分校）；National Quantum Laboratory（国家量子实验室）；Quantum Science Institute（量子科学研究所）；Institut für Theoretische Physik, Universität Tübingen（蒂宾根大学理论物理研究所）
本文将D-Wave量子退火器表征为封闭热力学循环，通过分析其能量交换等热力学量，补充了仅靠解质量或运行时间无法获得的信息，连接了量子优化等多领域。
2026-08-06 quant-ph
Simulating Heavy-Hex Transverse Field Ising Model Magnetization Dynamics Using Programmable Quantum Annealers
研究证明可编程量子退火器能通过逆向退火和h增益态编码，原生模拟127量子比特重六边形横向场伊辛模型的磁化动力学，实现数千时间步长的高效并行模拟，突破了数字量子计算机的计算限制。
2024-10-13 quant-ph
Quantum-inspired annealers as Boltzmann generators for machine learning and statistical physics
Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；University of Oxford（牛津大学）；P. N. Lebedev Physics Institute（P. N. 列别杰夫物理研究所）
如今，量子模拟器和处理器正在迅速改进，但它们仍然无法解决具有实用价值的复杂和多维任务。然而，某些数值算法的灵感来自真实的量子设备的物理证明是有效的应用到特定的问题，有关，例如，组合优化。在这里，我们实现了一个数值退火的基础上模拟相干伊辛机作为一种工具，从一个高维玻尔兹曼概率分布与经典伊辛哈密顿定义的能量泛函采样。由这样的生成器提供的样本然后被用于该分布的配分函数估计和用于一般玻尔兹曼机的训练。我们的研究为数值量子退火器的实际应用打开了一扇大门。
2019-12-18 cs.ET cs.LG quant-ph
A calibrated diagnostic for reverse-anneal sampling in programmable quantum annealers
Tecnológico de Monterrey（蒙特雷科技大学）
本文研究了可编程量子退火机中子系统弛豫现象，并提出了一种校准的采样诊断方法，用于评估量子退火机的采样性能和记忆保持能力。
2026-08-11 cond-mat.dis-nn quant-ph
Increasing the Hardness of Posiform Planting Using Random QUBOs for Programmable Quantum Annealer Benchmarking
本研究提出将随机离散系数自旋玻璃Ising模型与正形式植入的QUBO融合，构建具有唯一解且难度可调的组合优化问题，用于可编程量子退火机基准测试，发现D-Wave量子退火机在短退火时间下对部分问题求解成功率极高。
2024-11-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech math.OC
Experimental Freezing of mid-Evolution Fluctuations with a Programmable Annealer
对于随机选择的耦合器和场，D-Wave设备通常产生高度玻尔兹曼样分布[指示平衡。然而，这些平衡的数据并不包含导致平衡的动力学的有用信息。为了阐明动力学，可以选择包含大能垒的特殊哈密顿量。在本文中，我们推广这种方法，考虑一类哈密顿映射成“超自旋”自旋类量子比特集群，从而创建一个能量景观，局部极小值被大的能量障碍。这些巨大的能量障碍使我们能够观察到冻结的横向场的特征。为了研究这些系统，我们假设这些冻结自旋是由Kibble-Zurek机制描述的，该机制最初是为了描述早期宇宙中拓扑缺陷的形成而开发的。人们很快意识到它也可以应用于类似的超导系统，后来意识到它对横向场伊辛模型也很重要。我们证明，这些障碍块平衡，并产生一个非平凡的量子位态分布在一个制度，预计量子效应是强大的，这表明这些数据应该包含签名的动力学是从根本上经典或量子。我们详尽地研究了一类3 × 3正方形晶格超自旋哈密顿量，并将实验结果与精确对角化得到的结果进行了比较。我们发现，最好的拟合数据发生在有限的横向领域。我们进一步证明，在适当的条件下，超自旋可以弛豫到平衡，消除横向场的签名。这些结果很有趣，原因有很多。他们提出了一种在统计水平上检测设备上量子力学特征的方法。
2016-05-24 quant-ph
Simulating the Transverse Field Ising Model on the Kagome Lattice using a Programmable Quantum Annealer
本研究在D-Wave Advantage2量子退火器上嵌入231个位点的Kagome晶格Ising模型，通过退火实验观测到三分之一磁化平台，并利用退火-暂停-淬火协议构建部分相图，验证了横向场下系统退出经典自旋液体态，证实了量子模拟的有效性。
2024-08-14 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Maximum-Entropy Inference with a Programmable Annealer
科学和工程中的优化问题通常涉及找到关于许多变量的成本函数的基态（即最小能量配置）。如果变量被噪声破坏，则这种方法最大化找到的解决方案是正确的可能性。另一种方法是结合贝叶斯定理使用关于噪声的先验统计信息。然后，问题的最大熵解采用在代价函数的基态和激发态上的玻尔兹曼分布的形式。在这里，我们使用一个可编程的约瑟夫森结阵列的信息解码问题，我们模拟为一个随机的伊辛模型在一个领域。我们的实验表明，在有限的温度下的最大熵解码可以在某些情况下提供竞争力，甚至稍好的比特错误率比极大似然方法在零温度，确认有用的信息可以从退火设备的激发态中提取。此外，我们介绍了一个微观位的分析方法，这是不可知的具体应用，并使用它来显示，退火设备的样品从一个高度玻尔兹曼分布。因此，这种机器是用于利用最大熵推理的各种机器学习应用的候选者，包括自然语言处理和图像识别。我们进一步表明，在我们的实验中，性能的限制因素很可能是控制误差，而不是未能达到平衡。我们的工作也提供了一种方法来确定一个系统是否处于平衡状态，可以很容易地推广。我们讨论了这种方法的自旋玻璃和探测量子退火算法的性能可能的应用。
2016-03-01 physics.comp-ph quant-ph
Programmable Exploration of Magnetic States in Lieb-Kagome Interpolated Lattices
提出利用量子退火器模拟酞菁分子量子比特从Lieb到kagome晶格连续形变中的磁相互作用，揭示阻挫无序与磁场重排，并建立实验与可编程量子硬件反馈的材料设计范式。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Magnetic Hysteresis Experiments Performed on Quantum Annealers
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文提出在可编程量子退火机上研究磁滞现象的通用协议，通过千级自旋实验，揭示了量子涨落与磁滞环面积的非单调关系，拓展了量子计算机在凝聚态物理中的应用。
2025-07-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Schedule-dependent basin occupation and instance-specific effective scales in cycled reverse annealing on programmable quantum annealers
Tecnológico de Monterrey, Campus Santa Fe（蒙特雷理工学院，圣菲校区）
该研究探讨了在可编程量子退火机上运行混合反常12个量子比特Ising实例时，逆退火过程的晚期子系统自相关性在设备校准的有效温度下严格介于两个平衡参考过程之间，揭示了调度对盆地占据的影响以及反退火调度作为实例特定的盆地占据探测器的作用。
2026-08-14 cond-mat.dis-nn quant-ph
Computational Role of Multiqubit Tunneling in a Quantum Annealer
量子隧穿是一种量子态穿越高于态本身能量的能垒的现象，已被假设为用于优化的有利物理资源。在这里，我们表明，多量子比特隧穿在目前可用的，虽然嘈杂的，可编程的量子退火机中起着计算的作用。我们发展了一个非微扰的开放量子动力学理论，在真实的噪声特性下预测了多体耗散量子隧穿的速率。我们设计了一个16量子比特的计算原语，其中量子演化使隧穿到全局最小值，而相应的经典路径被困在一个错误的最小值。此外，我们的实验表明，量子隧穿可以优于热跳跃沿经典路径的问题，高达200个量子位包含计算原语。我们的研究结果表明，多体量子现象可以用来寻找更好的解决方案，硬优化问题。
2015-02-20 quant-ph
Unraveling Quantum Annealers using Classical Hardness
量子技术的最新进展已经导致了包含数百个量子比特的实验可编程量子退火优化器的开发和制造。这些优化器，命名为“D-Wave”芯片，承诺解决实际的优化问题可能比传统的“经典”计算机更快。试图量化这些芯片的量子性质已经遇到了兴奋和怀疑，但也带来了许多关于量子退火机与经典热退火机的可互换性的基本问题。在这里，我们提出了一个通用的方法，旨在回答这些问题，并将其应用于实验研究的D-Wave芯片。受自旋玻璃理论的启发，我们产生了广泛的“经典硬度”，我们也定义的优化问题。通过研究芯片对经典硬度的响应，我们惊讶地发现，与几种类似的经典算法相比，该芯片的性能扩展不利。我们检测，量化和讨论纯粹的经典效应，可能掩盖芯片的量子行为。
2015-02-09 cond-mat.dis-nn quant-ph
Coherent quantum annealing in a programmable 2000-qubit Ising chain
量子模拟已经成为展示和理解近期量子计算机能力的一个有价值的舞台。量子退火已成功地用于模拟一系列开放量子系统，包括平衡态和非平衡态。然而，在所有以前的实验中，由于环境热效应的开始，退火太慢而无法连贯地模拟封闭的量子系统。在这里，我们展示了通过量子相变在一维横向场伊辛链的范式设置的相干演化，使用高达2000超导通量量子比特在一个可编程的量子退火。在大型系统中，我们观察到量子Kibble-Zurek机制与理论预测的扭结统计，以及特征性的正扭结-扭结相关性，独立于系统温度。在小链中，激发统计验证了在最小间隙处的Landau-Zener转变的图片。在这两种情况下，结果与封闭系统量子模型的解析解定量一致。对于较慢的退火，我们观察到反Kibble-Zurek标度的交叉开放的量子制度。这些实验表明，大规模量子退火机可以相干操作，为在量子优化、机器学习和模拟任务中利用相干动力学铺平了道路。
2022-03-10 quant-ph
Experimental Measurement and Theoretical Analysis of Energy Relaxation Rates of an Interacting Two-Qubit System on a D-Wave Quantum Annealer
Tokyo University of Science（东京科学大学）；RIKEN（理化学研究所）；Department of Electrical, Electronic, and Communication Engineering, Faculty of Science and Engineering, Chuo University（中央大学理工学部电气电子通信工程系）
本研究在D-Wave量子退火机上测量并分析了单量子比特和相互作用双量子比特系统的能量弛豫速率，验证了局域噪声模型，并展示了利用单比特测量预测多比特系统弛豫速率的可行性。
2026-09-21 quant-ph
Classical Thermometry of Quantum Annealers
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；D-Wave Quantum Inc.（D-Wave量子公司）
本研究通过实验评估量子退火机的有效温度模型，发现需要非热效应修正，揭示了其在经典热力学实验中的可行性和非理想性。
2025-12-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
A Coherent Quantum Annealer with Rydberg Atoms
在不同的物理平台上实现量子退火有着重要的持续努力。挑战在于实现具有相干绝热量子动力学的完全可编程量子器件。在这里，我们表明，结合成熟的里德伯原子的量子模拟工具箱与最近提出的Lechner-Hauke-Zoller~（LHZ）架构允许建立一个原型的相干绝热量子计算机与所有的伊辛相互作用，因此，一个新的平台，量子退火。在LHZ中，将无限程自旋玻璃映射到自旋为1/2的格点规范模型的低能子空间上。这种自旋模型可以用一种自然的方式来模拟，铷和铯原子在一个二分光晶格中，涉及激光修饰的里德伯-里德伯相互作用，这比相关的退相干率大几个数量级。这使得相干量子增强优化协议的探索与最先进的原子物理学实验。
2016-11-08 cond-mat.other quant-ph
Programmable time-frequency mode encoded quantum state generator for silicon-on-insulator platform
本研究针对绝缘体上硅平台提出可编程时频模式编码光量子态生成方法，采用N抽头滤波器与基于MZI的耦合环形谐振器结构，通过模拟验证了其生成多维度最大纠缠态的能力且保真度较高。
2025-04-14 quant-ph
Temporal information processing on a 4,500-qubit quantum annealer
Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems (IFISC) UIB-CSIC（跨学科物理与复杂系统研究所（IFISC） UIB-CSIC）；Theoretical Division, Los Alamos National Laboratory（理论部，洛斯阿拉莫斯国家实验室）；USRA Research Institute for Advanced Computer Science (RIACS)（美国大学空间研究协会先进计算机科学研究院（RIACS））；NEST, Scuola Normale Superiore（NEST，比萨高等师范学院）；D-Wave Quantum（D-Wave量子）；New Mexico Consortium（新墨西哥联盟）
该研究在4,500量子比特的量子退火器上实现大规模量子机器学习模型，利用反向退火产生的多体动力学处理时间数据，证明相互作用不可或缺，并成功预测混沌时间序列。
2026-09-18 quant-ph
Magnetic Memory and Hysteresis from Quantum Transitions: Theory and Experiments on Quantum Annealers
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Università di Pisa & Scuola Normale Superiore（比萨大学与比萨高等师范学院）
本文结合 Landau-Zener 跃迁传播子与畴壁动力学解释 D-Wave 量子退火机中的磁滞现象，并在多达 4,906 量子比特的一维环上验证其量子记忆起源。
2025-07-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Post-Critical Meson Dynamics of Kibble-Zurek Excitations in a 5,564-Qubit Quantum Annealer
Jagiellonian University（雅盖隆大学）；Jožef Stefan Institute（约瑟夫斯特凡研究所）
研究利用量子退火研究纵向偏置量子伊辛链，通过能量尺度重标度等方法，发现缺陷密度符合预期交叉，而介子演化因临界后畴模式局域化被中断，展示大规模量子退火器可探究临界激发在缺陷计数外的命运。
2026-07-16 quant-ph
Programmable Quantum Annealing Architectures with Ising Quantum Wires
量子退火的目的是通过量子力学方法制备伊辛自旋-哈密顿量的基态，从而有效地解决优化问题。建造量子退火机的先决条件是实现可编程的远程两自旋、三自旋或多自旋伊辛相互作用。我们讨论了一个架构，其中所需的自旋相互作用是通过两个端口，或在一般的多端口量子伊辛线连接感兴趣的自旋。这种由伊辛量子线连接的自旋的量子退火结构可以通过利用原子平台的三维（3D）特性来实现，所述原子平台包括光晶格中的原子和里德伯镊子阵列。实现只需要工程现场条款和最近的相邻量子比特之间的两体相互作用。三维立方晶格上的局部耦合自旋模型足以有效地产生任意的全对全耦合伊辛哈密顿量。我们举例说明了几个自旋器件的方法解决最大割和素因子分解问题，并讨论了潜在的大原子系统的缩放。
2020-11-07 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum-Coherent Regime of Programmable Dipolar Spin Ice
CSIRO, Manufacturing（联邦科学与工业研究组织，制造业）；Institute of Theoretical Physics, Wrocław University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学理论物理研究所）
本文提出了一种可编程偶极子自旋冰模型，利用超导量子比特量子退火器实现对人工自旋冰量子相干动力学的探索，展示了超导量子比特在研究分数化激发和涌现规范动力学中的应用潜力。
2026-05-19 cond-mat.str-el quant-ph
Computational Role of Collective Tunneling in a Quantum Annealer
量子隧穿是一种量子态穿越高于态自身能量的能垒的现象。Tunnel已被假设为优化的有利物理资源。在这里，我们提出了第一个实验证据的计算作用的多量子比特量子隧穿的可编程量子退火机的演变。我们基于NIBA量子主方程建立了一个理论模型来描述这种量子器件在复杂噪声特性下的多量子比特耗散隧穿效应。我们首先考虑一个计算原语，一个只包含一个全局最小值和一个假最小值的优化问题。量子演化使隧道到达全局最小值，而相应的经典路径被困在一个假的最小值。在我们的研究中，非凸势是通过具有强团内耦合的量子比特团簇的挫折网络来实现的。我们表明，量子环境的集体效应被抑制在“临界”阶段的量子隧穿“决定”的正确路径的解决方案的演变。在后一阶段，耗散促进了多量子比特隧穿，导致溶液状态。该模型的预测准确地描述了来自NASA Ames的D-Wave Two量子退火机的实验数据。在我们的计算原语中，量子模型中成功概率的温度依赖性与热跳跃的经典路径相反。具体来说，我们提供了一个16个量子位的优化问题的分析，展示了8个量子位隧穿，增加了成功的概率。此外，我们报告的结果更大的问题，高达200量子位，包含原始的子问题。
2015-02-19 quant-ph
Quantum Annealing for Constrained Optimization
量子技术的最新进展导致了实验性可编程量子退火机的开发和制造，这些退火机有望比其经典类似物更快地解决某些具有实际意义的组合优化问题。这种设备对于许多理论和现实世界的优化问题的适用性，这些问题通常受到限制，受到设备量子位的稀疏，刚性布局的严重限制。传统上，通过向问题的哈密尔顿算子添加惩罚项来解决约束，这反过来又需要过度增加物理资源，同时还限制相互作用的动态范围。在这里，我们提出了一种在量子退火机上编码约束优化问题的方法，该方法消除了对惩罚项的需要，从而减少了所需耦合器的数量，并消除了对微小嵌入的需要，大大减少了所需物理量子比特的数量。我们认为所提出的技术的优点，并说明其有效性。最后，我们讨论了实验的可行性，建议的方法，以及它的潜力，大大减少了资源需求的量子退火机上实现优化问题，其意义在量子计算领域。
2016-05-30 quant-ph
Resonant false vacuum decay in two dimensions on a 4000-qubit quantum annealer
Jožef Stefan Institute（约瑟夫·斯蒂芬研究所）；University of Ljubljana（卢布尔雅那大学）；Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）；University of Padova（帕多瓦大学）；National Institute for Nuclear Physics (INFN)（意大利国家核物理研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；University of Leeds（利兹大学）；Jülich Supercomputing Centre（于利希超级计算中心）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；University of Cologne（科隆大学）；CENN Nanocenter（纳米技术卓越中心）
利用超过4000量子比特的可编程量子退火器，研究二维量子伊辛模型中假真空的共振衰变，观察到畴的弹道生长和Kardar-Parisi-Zhang普适类界面展宽。
2026-06-25 hep-th quant-ph
Designing Adiabatic Quantum Optimization: A Case Study for the Traveling Salesman Problem
随着量子技术的进步，更复杂的量子退火装置变得可用。虽然它们为解决优化问题提供了新的可能性，但它们的真正潜力仍然是一个悬而未决的问题。由于绝热算法的优化设计在其评估中起着重要的作用，我们说明了在基于旅行商问题（TSP）的量子退火硬件上实现优化问题时要考虑的方面和挑战。我们证明了，如果量子动力学没有仔细定制的问题，局部极小值之间的隧道可以指数抑制。此外，我们表明，不平等的约束，特别是，模拟量子退火机的实施提出了一个主要的障碍。我们最后认为，可编程数字量子退火器可以克服许多这些障碍，并可以-一旦足够大的量子计算机存在-提供一个有趣的路线，使用量子退火的一大类问题。
2017-02-21 quant-ph
Programmable and scalable radio-frequency pulse sequence generator for multi-qubit quantum information experiments
我们提出了一个通用的射频脉冲控制系统，已被设计用于多量子比特量子实验。一台仪器可以扩展为提供10 - 450 MHz之间的32个射频通道。可以在多个仪器之间实现同步。通过使用现场可编程门阵列中包含的直接数字合成和自定义控制电路，可以产生变换限制脉冲序列。这些已经被用来实现量子门，能够满足单量子位和双量子位门的容错阈值，如其他地方发表的。我们还使用额外的混频器将频率扩展到千兆赫范围，以解决原子系统中的超精细跃迁。该系统采用高效的内存管理方案和低延迟通信协议，允许实时更新脉冲序列。这些一起可以使得能够执行诸如量子纠错的基于结果的算法。该系统完全可以用C++编程，板载CPU可以支持Python等其他语言，为各种实验系统提供了高度灵活的平台，并已在捕获离子量子信息实验中得到验证。
2017-10-11 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Programmable System on Chip for controlling an atomic physics experiment
大多数原子物理学实验都是由一个数字模式发生器控制的，该发生器通过提供触发器和时钟来同步所有设备。最近，有据可查的开源开发工具的可用性解除了使用可编程片上系统（PSoC）的障碍，使其成为合成数字模式的方便和通用工具。在这里，我们利用这些先进的设计，一个多功能的时钟和模式发生器使用PSoC。我们提出我们的设计，目的是突出PSoC在灵活性方面必须提供的新可能性。我们提供了一个强大的硬件载体和基本的固件实现，可以扩展和修改用于其他用途。
2021-04-13 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Quantum critical dynamics in a 5000-qubit programmable spin glass
该研究在5000量子比特超导量子退火器上实现自旋玻璃量子临界动力学，通过提取临界指数证明量子退火相比蒙特卡洛随机动力学具有能量降低的标度优势。
2023-04-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum-inspired dynamical models on quantum and classical annealers
Institute of Theoretical and Applied Informatics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院理论与应用信息学研究所）；Sorbonne Université, Faculté des Sciences et Ingénierie（索邦大学科学与工程学院）；Quantumz.io Sp. z o.o.（Quantumz.io有限公司）；Jülich Supercomputing Centre, Institute for Advanced Simulation, Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心高级模拟研究所超算中心）；Institut für Theoretische Physik, Universität Tübingen（蒂宾根大学理论物理研究所）
本文提出基于物理启发的基准测试框架，通过将量子动力学映射为QUBO实例，对比量子与经典退火器性能，验证了Advantage2优势及VeloxQ高效性，并拓展至大规模实例，为未来硬件提供参考。
2026-02-02 quant-ph
Reverse Quantum Annealing Approach to Portfolio Optimization Problems
研究了均值-方差投资组合优化问题的量子-经典混合求解方法。从真实的金融数据统计开始，并遵循现代投资组合理论的原则，我们生成了投资组合优化问题的参数化样本，这些问题可以与模拟D-Wave Quantum Annealer 2000 Q中可编程的二次二元优化形式相关。这些实例也可以通过行业建立的遗传算法方法来解决，我们将其用作经典基准。我们研究了几种选择来最佳地运行量子计算，最终发现，最好的结果，在预期的时间到解决方案作为最难的实例集的变量的数量的函数，通过种子的量子退火器与解决方案的候选人找到一个贪婪的本地搜索，然后执行反向退火协议。优化的反向退火协议被发现是超过100倍的速度比相应的正向量子退火平均。
2018-10-25 q-fin.CP q-fin.PM quant-ph
Integrated Photonic Programmable Random Matrix Generator with Minimal Active Components
本研究针对现有光子随机矩阵生成方案结构复杂、需大量移相器的问题，提出由交错的可编程相位调制层与固定混频算子构成的紧凑光子电路，仅用两个随机相位层即可生成白噪声输出，经硅光子实验验证，为光子信息处理与数据加密提供实用方案。
2025-01-15 physics.app-ph physics.optics quant-ph
A Programmable True Random Number Generator Using Commercial Quantum Computers
提出一种在商用门模型量子计算机上实现可编程真随机数生成器（TRNG）的自动化方法，通过编译工具根据用户指定的概率质量函数生成优化的OpenQASM量子电路，实验验证了其多比特随机性生成能力。
2023-04-07 quant-ph
Realizing a quantum generative adversarial network using a programmable superconducting processor
生成对抗网络是一种新兴技术，在机器学习中有着广泛的应用，它在许多具有挑战性的任务中取得了巨大的成功，包括图像和视频生成。当配备量子处理器时，它们的量子对应物-称为量子生成对抗网络（QGAN）-甚至可能在某些机器学习应用中表现出指数优势。在这里，我们报告的QGAN使用可编程的超导处理器，其中发电机和超导体的参数化通过层的单和多量子位量子门的实验实现。编程的QGAN自动运行几轮具有量子梯度的对抗性学习，以实现纳什均衡点，其中生成器可以复制模拟训练集的数据样本。我们的实现是有希望的，以扩大到嘈杂的中等规模的量子器件，从而铺平了道路的实验探索量子优势在实际应用中与近期的量子技术。
2020-09-27 quant-ph
Erasing Classical Memory with Quantum Fluctuations: Shannon Information Entropy of Reverse Quantum Annealing
在三个超导量子退火器上通过逆向量子退火实验，利用磁畴壁分布的Shannon信息熵，研究了量子涨落导致的经典记忆丢失与保留的转变，确立了探测量子涨落与记忆相互作用的通用探针。
2025-09-13 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el cs.IT
RSFQ All-Digital Programmable Multi-Tone Generator For Quantum Applications
提出一种基于RSFQ技术、利用CSR和梳状滤波器生成多音数字信号的新型器件，通过优化预加载模式和延迟线隔离放大所需频率，为量子器件阵列的控制与读出提供了提升可扩展性的架构方案。
2024-11-13 physics.app-ph quant-ph
Programmable optical waveform reshaping on a picosecond timescale
我们用量子频率转换的原理，在实验上演示了在电信波段的光波形的时间整形。整形的光脉冲不经历任何波长平移。使用经由光学波形发生器编程的适当设计的泵浦脉冲，在非线性$χ^{(2)}$波导中发生相互作用。我们将单峰脉冲整形为双峰脉冲，反之亦然。我们还表明，指数衰减的脉冲可以被整形为近高斯形状，反之亦然，这是一个有用的功能，量子通信。
2017-02-27 physics.optics quant-ph
Test-driving 1000 qubits
量子计算不再是一个新生领域。具有超过1000个量子比特的可编程量子退火设备是商业上可获得的。我们怎么知道一个假定的量子退火装置确实是量子的呢？应该如何对其性能进行基准测试并将其与经典算法进行比较？如何通过纠错提高其性能？在这个贡献的重点收集“你会做什么与1000量子比特？“，我们回顾了我们和其他人在这一领域所做的工作，因为第一台具有108个量子位的D波量子退火机已经提供给我们。当其他量子计算平台达到类似规模时，我们学到的一些经验教训将是有用的，从业者将试图证明量子加速。
2017-06-21 quant-ph
Simulation of Markovian quantum dynamics on quantum logic networks
我们研究了如何使用可编程量子处理器来模拟量子比特的马尔可夫动力学的生成器。
2005-04-04 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
A cryogenic SRAM based arbitrary waveform generator in 14 nm for spin qubit control
量子比特门序列的实现需要具有可编程幅度、持续时间、间隔和相位的相干微波控制脉冲。提出了一种基于SRAM的自旋量子比特低温控制任意波形发生器。在这项工作中，我们证明了一个完全可编程的射频任意波形发生器在14纳米FinFET技术的低温操作。来自控制处理器的波形序列可以存储在SRAM存储器阵列中，该SRAM存储器阵列可以被实时编程。波形模式通过源串联端接的数模转换器转换为微波脉冲。该芯片在4K下工作，能够在所需的载波频率下生成任意包络形状。AWG的总功耗为40 - 140mW，在4 K，取决于波特率。在4 K下测量到1 - 17 GHz的宽信号频带，而使用频分复用可以在40 dB的平均无杂散动态范围内实现多量子比特控制。这项工作为最佳量子位控制和闭环反馈控制铺平了道路，这是实现低延迟错误缓解所必需的
2022-11-03 eess.SP quant-ph
Quantum annealing with more than one hundred qubits
量子技术正在成熟到量子设备，如量子通信系统，量子随机数发生器和量子模拟器，可以建立超过经典计算机的能力。特别地，量子退火器通过将非零温度下的已知初始配置朝向编码给定问题的哈密顿量的基态演化来解决困难的优化问题。在这里，我们介绍了基于超导通量量子位的108量子位D-Wave One设备的实验结果。与设备和经典退火或经典自旋动力学之间的弱相关性相比，设备和模拟量子退火机之间的强相关性表明设备执行量子退火。我们发现了额外的证据，量子退火的形式小间隙避免水平交叉表征的困难的问题。为了评估设备的计算能力，我们将其与优化的经典算法进行比较。
2013-07-21 quant-ph
Fully integrated 3.2 Gbps quantum random number generator with real-time extraction
本文提出了一种通过测量激光相位起伏实现的实时全集成量子随机数发生器。基于激光相位起伏的QRNG方案具有产生超高速随机数的能力。然而，实际QRNG的速度瓶颈在于随机性提取的有限速度。为了弥补随机数生成速度快和后处理速度慢之间的差距，提出了一种基于Toeplitz矩阵散列的流水线提取算法，并在高速现场可编程门阵列中实现。此外，所有QRNG组件都集成到一个模块中，包括紧凑的主动稳定干涉仪，高速数据采集以及实时数据后处理和传输。实时提取的QRNG模块最终生成速率可达3.2 Gbps。
2016-06-30 cs.CR quant-ph
Programmable Microwave Cluster States via Josephson Metamaterials
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；University of Palermo（巴勒莫大学）；Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica（意大利国家计量研究所）
本研究利用可编程约瑟夫森行波参量放大器，通过定制非等距泵浦音构建多模频率非线性耦合，实现可重构、可扩展的微波簇态生成，为超导架构兼容的可扩展测量基量子计算提供新平台。
2025-07-30 quant-ph
Programmable Open Quantum Systems
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）
本文提出了一种框架，用于表征和量化 Lindbladian 半群的可编程性，通过结合物理可实现的检索映射和时间变化的程序状态，识别了由对称性和随机结构启用的量子可编程类别，并引入了操作编程成本的概念。
2025-12-09 quant-ph
Solving Subset Sum Problems using Quantum Inspired Optimization Algorithms with Applications in Auditing and Financial Data Analysis
在自动审计和财务文件的分析和一致性检查中的许多应用程序可以部分地表述为子集和问题：给定一组数字和一个目标总和，找到总和达到目标的数字子集。该问题是NP难的，因此经典的求解算法在许多实际应用中是不实用的。我们将这个问题作为一个QUBO（二次无约束二进制优化）问题来解决，并展示了Hopfield网络上的梯度下降如何可靠地为人工数据和真实数据找到解决方案。我们概述了如何将该算法应用于绝热量子计算机（量子退火器）和专用硬件（现场可编程门阵列）进行数字退火，并在量子退火硬件上进行实验。
2022-10-28 math.OC quant-ph
A 5.4 Gbps real time quantum random number generator with compact implementation
我们提出了一种基于测量激光相位起伏的随机数产生方案，该方案具有简单紧凑的实验装置。建立了一个简单的模型来分析随机性，基于该模型的仿真结果与实验数据吻合较好。在现场可编程门阵列中集成模数采样和适当的随机性提取后，最终的随机位被传送到PC机，实现了5.4Gbps的实时量子随机数产生。最终的随机比特序列通过了所有NIST和DIEHARD测试。
2016-09-09 quant-ph
Parallel real-time quantum random number generator
量子随机数生成利用量子力学过程和测量的固有随机性。量子随机数的实时产生速率通常受到电子带宽和数据处理速率的限制。在这里，我们使用一个多路复用方案，以创建一个快速的实时量子随机数发生器的基础上连续变量的真空波动。在零差检测带宽内的量子真空态的多个边带频率模式被同时提取作为随机性源。基于Toeplitz哈希提取器，在一个现场可编程门阵列（FPGA）中实现了三个子熵源原始数据的并行后处理。实现了8.25 Gbps的实时累积生成速率。该系统依赖于光电元件和电路，可以集成在一个紧凑，经济的封装。
2019-11-08 physics.optics quant-ph
Unfolding as Quantum Annealing
高能物理充满了困难的计算问题，这是量子计算可以用来加速计算的领域之一。我们提出了一种基于似然的正则化展开在量子计算机上的实现。反问题是重铸的二次无约束二进制优化（QUBO），它具有相同的形式的伊辛哈密顿量，因此它是可编程的量子退火。我们使用一个捕捉问题本质的模型测试了该方法，并将结果与欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）精密测量中常用的基线方法进行了比较。展开后的分布与原始分布非常一致。我们还展示了该方法可以扩展到包括滋扰参数的影响，代表系统的不确定性影响测量的来源。
2019-10-22 hep-ex physics.data-an quant-ph
18.8 Gbps real-time quantum random number generator with a photonic integrated chip
量子随机数发生器（QRNG）可以产生真随机数。然而，两个最重要的QRNG参数对于实际应用是高度期望的，即，速度和尺寸，在实施过程中必须折衷。在这里，我们提出了最快的和小型化的QRNG与记录的实时输出速率高达18.8 Gbps的光子集成芯片和优化的随机性提取技术相结合。我们采用混合封装的方法将用于真空态QRNG实现的光子集成电路、InGaAs零差探测器和高带宽跨导放大器组装到一个芯片上，表现出优异的集成度和高频响应特性。在10位模数转换器中的采样率为2.5 GSa/s，随后在现场可编程门阵列中进行后置处理，QRNG通过光纤收发器输出超快的随机比特流，其实时速度在个人计算机中得到验证。
2021-05-28 cs.CR physics.optics quant-ph
Generator of arbitrary classical photon statistics
我们提出并实验证明了一种产生任意经典光子数分布的光的装置。我们使用可编程声光调制来控制光的强度在动态范围内超过30 dB和级间跃迁速度超过500 ns。我们提出了一个通用的方法，允许高保真度的用户定义的光子统计生成。对于较低的光子数，可以达到<0.001的极高精度，并且对于非常高的光子数，可以达到忠实的尾部行为。我们演示了任意统计生成多达500个光子。所提出的设备可以产生任何经典的光统计与给定的参数，包括泊松，超泊松，热，重尾分布，如对数正态分布。该方法可用于模拟通信信道，校准光子数分辨探测器的响应，或探测对光子统计敏感的物理现象。
2018-03-28 physics.optics quant-ph
Quantum Random Number Generators : Benchmarking and Challenges
我们讨论了量子随机数发生器（QRNG）的最新技术及其在寻找量子优势中的可能应用。为此，我们首先讨论了一种可能的基准QRNG的方法，将它们应用到复杂的和难以实现的经典模拟，如临界动态在二维伊辛格的计算。这些都是在基于现场可编程门阵列（FPGA）或图形处理单元（GPU）的计算设备的帮助下执行的。QRNG得到的结果进行了比较与经典的伪随机数发生器（PRNG）的各种品质。在中等晶格尺寸（128 $\times$ 128）临界动力学的蒙特卡罗模拟开始对伪随机数序列中存在的相关性敏感，使我们能够检测到它们。通过将我们的分析与参考文献[PRE { \bf 93}，022113（2016）]的分析进行比较，我们估计了QRNG在速度、访问快速性和效率方面的要求，以实现相对于最佳PRNG的量子优势的目标。我们将讨论与此目标相关的技术挑战。
2022-06-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
An Unbiased Quantum Random Number Generator Based on Boson Sampling
玻色子采样是一种很有前途的光量子计算模型，它已被成功地应用于“九章”等量子计算机的设计中。然而，玻色子采样结果的有意义的随机性，其正确性和意义是从一个特定的量子力学分布证明，尚未被利用或开发。本文充分利用玻色子采样结果的随机性，将玻色子采样方法应用于量子随机数发生器（QRNG）的设计，并利用可编程硅光子处理器构建了QRNG原型系统，该系统能够产生均匀无偏的随机序列，克服了现有离散QRNG存在的与源相关，对探测器的光子数分辨能力要求高，自探测发生器速度慢。玻色子采样作为一种随机熵源实现，对采样结果进行后处理，可以得到具有满意随机性和均匀性的随机比特串。实验结果表明，所设计的基于玻色子采样的QRNG原型系统通过了NIST SP 800-22统计测试组件的15次测试，证明了玻色子采样除了具有量子优势外，还具有很好的实际应用潜力。
2022-06-06 quant-ph
