Noisy Quantum Computation Modeled by Quantum Walk: Universality without Ancillas
Childs基于量子行走的通用量子计算模型为研究量子计算的局限性和优点以及中期模拟打开了大门。近年来，人们对噪声中尺度量子计算机（NISQ）的兴趣日益增长，这导致人们致力于理解开放量子系统的计算优势。在这项工作中，我们将量子行走模型扩展到开放噪声系统，以便为NISQ计算机的研究提供这样一个工具。我们的方法不使用显式纯化，并允许忽略环境的自由度，并获得一个更有效的实现（线性，而不是在运行时的指数），它不采用任何辅助，因此提供了直接访问系统的纠缠特性。在我们的方案中，量子行走振幅代表的密度矩阵的元素，而不是一个纯态的波函数。尽管在这种情况下的规范化要求的非平凡的表现，我们建模的一般酉门和非酉通道的应用程序，与一个明确的实施协议的信道中常用的噪声模型。
2022-02-07 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Realizing Topological Transition in a Non-Hermitian Quantum Walk with Circuit QED
我们扩展了非厄米一维量子行走模型[物理。102，065703（2009）]，通过考虑退相效应。我们证明了拓扑转换的功能不改变，即使在单位内的网站之间的失相是存在的。讨论了在超导量子比特耦合到超导谐振腔模的电路QED系统中我们的理论结果的潜在实验观察，并进行了数值模拟。结果清楚地显示了量子行走中的拓扑转变，并显示了这种系统对量子比特衰变和退相的鲁棒性。我们还讨论了如何在电路QED系统中将该模型推广到更高维。
2017-03-25 quant-ph
Noisy simulations of Quantum Walk and Quantum Walk search via Quantum Cellular Automata on a semiconducting spin processor emulator
Aix Marseille Univ, CNRS, LIS（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，信息系统实验室）
本文通过量子单元自动机在半导体自旋处理器模拟器上实现量子漫步和搜索算法的噪声模拟，并展示了其在NISQ时代的应用潜力。
2025-12-11 quant-ph
Quantum cryptography compatible with noisy intermediate-scale quantum devices based on Parrondo dynamics in discrete-time quantum walks
National Institute of Science Education and Research（国家科学教育研究中心）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
提出一种基于离散时间量子行走的密码方案，利用Parrondo动力学实现周期演化，并在NISQ设备上通过Qiskit仿真验证其抗噪声能力，分析截获重发和中间人攻击下的量子比特错误率。
2026-07-03 cond-mat.dis-nn quant-ph stat.CO
Controlling quantum chaos via Parrondo strategies on noisy intermediate-scale quantum hardware
National Institute of Science Education and Research（印度科学教育研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
针对NISQ系统的量子混沌控制问题，本研究基于Parrondo策略，利用经QFT优化的DTQW在三台NISQ设备上实现混沌到有序的转变，验证了该方案的可行性与应用价值。
2025-11-04 cond-mat.dis-nn cs.AR nlin.CD
Towards a NISQ Algorithm to Simulate Hermitian Matrix Exponentiation
一个实用的容错量子计算机是值得期待的，因为它提供的应用程序，超过他们已知的经典同行。然而，需要数百万个具有严格标准的相互作用量子比特，这对于当前的量子技术来说是棘手的。由于实现这一目标需要几十年的时间，因此利用已经存在的噪声中尺度量子（NISQ）设备的能力正在成为当前的目标之一。矩阵求幂，特别是厄米矩阵求幂，是量子信息处理的一个基本要素。提出了一种利用参数化量子线路（PQC）模拟厄米矩阵求幂的启发式方法。为了生成用于模拟的PQC，提出了两种策略，每种策略都有自己的优点，并且可以在不久的将来部署在量子设备上。与乘积公式、密度矩阵取幂等方法相比，本方法提供的PQC只需要低深度电路和易于访问的门，这有利于实验实现。此外，本文还提出了一种辅助参数化量子线路来表征和压缩幺正过程，该电路可用于在NISQ硬件上实现相位估计、主元分析和矩阵求逆等应用.为了支持该方法的可行性，通过模拟Bell态、GHZ态和巴豆酸哈密顿量的演化过程进行了数值实验研究，与传统方法相比，得到了实验友好的结果.由于追求容错量子计算机仍然具有挑战性，需要几十年的时间，我们的工作提供了NISQ设备友好的方式，为NISQ算法领域做出了贡献，并提供了一种可能性，利用当前量子技术的力量。
2021-05-28 quant-ph
Overdispersion in gate tomography: Experiments and continuous, two-scale random walk model on the Bloch sphere
针对NISQ量子计算机噪声效应聚合被现有模型低估的问题，本文提出基于布洛赫球面连续随机游走叠加第二尺度随机游走的三参数分布模型，并通过实验和贝叶斯分析验证其拟合效果优于单尺度模型。
2024-07-04 quant-ph
Noisy intermediate-scale quantum (NISQ) algorithms
Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；University of Toronto（多伦多大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；Boehringer（勃林格）
一个通用的容错量子计算机，可以有效地解决整数分解和非结构化数据库搜索等问题，需要数百万个量子比特，具有低错误率和长相干时间。虽然实现这种设备的实验进展可能需要数十年的研究，但嘈杂的中间尺度量子计算机（NISQ）已经存在。这些计算机由数百个噪声量子位组成，即没有纠错的量子位，因此在有限的相干时间内执行不完美的操作。在利用这些设备寻找量子优势的过程中，已经提出了用于物理学、机器学习、量子化学和组合优化等各个学科的应用的算法。这种算法的目标是利用有限的可用资源来执行经典的具有挑战性的任务。在这篇评论中，我们提供了一个全面的总结NISQ计算范式和算法。我们讨论了这些算法的关键结构，它们的局限性和优势。此外，我们还全面概述了用于编程和测试NISQ器件的各种基准测试和软件工具。
2021-10-06 cond-mat.stat-mech cs.AI cs.LG
Quantum error correction in the NISQ regime for sequential quantum computing
在用于量子计算的稀土离子掺杂晶体（RE）平台上，我们使用密度矩阵模拟来研究三距离三量子纠错码的性能。我们分析这些代码的伪阈值时，并行操作是不可用的，并检查的行为和不休息的错误。在RE系统中，可以通过延长系统的基态相干时间来减轻静止误差。对于我们研究的代码，我们发现，如果基态相干时间是大约100倍大于激发态相干时间，休息错误变得足够小，可以忽略不计相比，其他错误源。这导致我们的结论是，有益的QEC可以在RE系统中实现与预期的门的性能在NISQ制度。然而，对于使用更多量子位和操作的代码，将需要超过100的因子。此外，我们调查多久QEC应该在电路中进行。我们发现，对于RE系统的早期实验，最小的$[\![5,1,3]\!]$将是最合适的，因为它具有高阈值误差和使用很少的量子比特。然而，当更多的量子位可用时，$[\![9,1,3]\!]$表面码由于其更高的电路性能而可能是更好的选择。我们的研究结果是非常重要的指导实验的一个有效的路径，实现有益的量子纠错码在早期的RE系统资源有限。
2021-12-07 quant-ph
Gate-Based Circuit Designs For Quantum Adder Inspired Quantum Random Walks on Superconducting Qubits
量子随机游动是量子计算中一个很有前途的研究领域，由于其独特的非经典行为，在过去的几十年里引起了人们的广泛关注。这些行走的理论框架和应用已经看到了许多伟大的数学进步，实验演示现在正在迎头赶上。在这项研究中，我们研究了使用基于量子加法器的移位算子实现硬币量子随机行走的可行性，并专门为超导量子比特设计了量子线路。我们专注于这些步骤的优点和缺点，特别是电路深度，门数，连接要求和可扩展性。我们提出并分析了一种新的方法来实现这些行走的边界条件，明确地展示了在一个和两个维度的技术。最后，我们给出了在IBM的量子卷32“多伦多”芯片上运行我们的电路的几个保真度结果，展示了这些NISQ设备目前可以处理量子行走的程度。
2021-01-21 quant-ph
Photonic variational quantum eigensolver for NISQ-compatible quantum technology
Korea Institute of Science and Technology (KIST)（韩国科学技术院）；Korea University of Science and Technology（韩国科学技术大学）
本文提出利用光子系统实现变分量子特征解算机，以解决量子化学、多体物理和整数分解问题，展示其在NISQ时代实用量子计算中的潜力。
2025-12-22 quant-ph
Minimal quantum walk simulation of Dirac fermions in curved space-times
以（1 + 1）维时空为例，重新讨论了狄拉克费米子在任意弯曲时空和坐标系中量子行走的模拟问题。一个新的移动或平移操作的网格上引入，考虑到任意的几何形状。用这个算符构建的新的广义量子行走可以在任意弯曲的时空和坐标中模拟狄拉克费米子，它们的波函数与标准狄拉克旋量具有完全相同的分量数，而不是之前认为的两倍。特别地，在$(1 + 1)$ D时空中，在每个晶格点处仅需要一个量子比特，这使得更容易在当前NISQs量子器件上执行狄拉克动力学的量子模拟。狄拉克动力学的后牛顿，所谓的引力电磁制度的数值模拟作为一个例子。
2022-02-22 quant-ph
Localized State in a Two-Dimensional Quantum Walk on a Disordered Lattice
我们实现了一对同时进行的十步一维量子行走，其中两个步行者共享硬币，我们证明这类似于十步二维量子行走，其中一个步行者持有一个四维硬币。我们的实验演示了一个11 × 11的二维晶格与线缺陷的十步量子行走，从而实现了本地化的步行状态。
2016-04-21 quant-ph
Quantum Carry Lookahead Adders for NISQ and Quantum Image Processing
量子硬件设计的进展正在朝着足够大的机器发展，以开始在加密和物理等学科中实现量子算法。用于加法的量子线路是在这些机器上实现许多量子算法的关键。理想情况下，应该使用基于容错门和纠错码的量子线路，因为它们可以容忍环境噪声。然而，目前的机器称为噪声中间尺度量子（NISQ）的机器不能支持与容错设计相关联的开销。作为回应，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。噪声误差和退相干的风险随着电路中栅极层的数量（或深度）的增加而增加。本文提出了一种基于Clifford+T门的out-of-place QCLA。QCLA针对T门数进行了优化，并使用了一种新的非计算门来节省T门。我们将QCLA基于Clifford+T门，因为一旦可以支持容错设计的量子硬件可用，它们最终可以通过纠错码容错。我们专注于T门成本的T门是显着更昂贵的容错比其他Clifford+T门。建议的QCLA进行了比较，并显示优于现有的作品中的T计数，因此量子门的总数。最后，我们以双线性内插的量子线路为例，说明所提出的QCLA在量子图像处理中的应用。
2021-06-09 cs.AR quant-ph
Quantum Spin Puddles and Lakes: NISQ-Era Spin Liquids from Non-Equilibrium Dynamics
虽然多体系统可以容纳长程纠缠的量子自旋液体（QSL），但实现这些基态的成分可能非常困难。在许多情况下，需要（i）约束希尔伯特空间和（ii）广泛的量子叠加。典型的例子是复曲面代码，或$\mathbb{Z}_2$自旋液体，它是闭环状态的叠加。我们展示了如何非平衡哈密顿动力学可以提供一个精简的路线，朝着创建这样的QSL。而不是冷却到基态的哈密顿量，我们展示了如何一个简单的参数扫描可以动态地将一个家庭的初始产品状态到约束空间，从而产生一个QSL。对于复曲面码，这是在$e$ -和$m$ -任意子之间的能量标度分离的系统中实现的，其中可以相对于前者（后者）以绝热（突然）的方式扫描。虽然这种尺度的分离没有延伸到热力学极限，但我们通过分析和数值计算表明，这种方法有效地在有限大小的区域中制备了自旋液体，我们称之为“量子自旋湖”。这一机制阐明了最近在里德伯原子阵列中红宝石晶格自旋液体动态制备的实验和数值观测。事实上，$m$ -任意子的慢动力学表明，我们可以通过模拟树晶格上的动力学来捕获自旋湖制备，我们用张量网络模拟证实了这一点。最后，我们使用这种机制提出新的实验，例如，用于制备有限尺寸的$U(1)$自旋液体作为蜂窝Rokhsar-Kivelson二聚体模型使用里德伯原子-这是显着的，因为它的平衡对应物在$2 + 1$ D中是不稳定的。我们的工作为非平衡物理的研究开辟了一条新的途径，也为NISQ器件中有…
2023-02-12 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Neighborhood-History Quantum Walk
历史依赖的离散时间量子行走（QW）由于其格点遍历性质而经常被研究。文献中的一个特定模型使用每个站点的记忆量子位的状态来记录访问并控制行走的动力学。我们将这个模型推广到邻域历史量子行走（NHQW），其中行走动力学和粒子位置邻域中的记忆量子位的状态是相互依赖的。为了证明这一点，我们构造了一个一维晶格上的NHQW，具有一个简单的邻域。量子格子气自动机（QLGA）的单粒子扇区可以实现几个动态有趣的历史相关量子阱。相比之下，本文构造的NHQW是作为更一般的量子元胞自动机（QCA）的单粒子扇区来实现的。NHQW动力学的复杂性为更丰富的行走策略提供了一条有希望的途径，并为量子计算的噪音中尺度量子（NISQ）时代提供了潜在有用的QW模型。它还修改了量子阱，使其可以对包含量子场与粒子相互作用的基础物理进行建模。
2019-06-17 quant-ph
Quantum WalkScore: Benchmarking Quantum Computers on the Graph Nodefinding Problem
CortAIx Labs, Thales Research and Technology（CortAIx实验室，泰雷兹研究与技术）
本文提出量子行走评分（QWS）基准，用于评估量子计算机在解决图节点查找问题上的性能，通过评分最大可解问题规模，并在IBM真实量子处理器上验证。
2026-09-18 quant-ph
Many-body physics in the NISQ era: quantum programming a discrete time crystal
最近在噪声、中间尺度量子（NISQ）器件领域的进展为多体物理学提供了一个令人兴奋的机会，通过引入具有前所未有的控制和测量能力的新实验室平台。我们探讨了NISQ平台在实际意义上对多体物理学的影响：我们问，在量子统计力学领域，它们可能比传统的实验平台更容易实现哪些{ \it物理现象}。作为一个特别适合的目标，我们确定离散时间晶体（DTC），新的非平衡态的物质，打破时间平移对称性。这些只能在由无序诱导的多体局域化稳定的周期驱动量子系统的内在非平衡设置中实现。虽然DTC的前体已经在各种实验平台上观察到-从捕获的离子到氮空位中心到NMR晶体-但没有一个具有\emph{all}，这是实现该阶段完全成熟的化身以及检测其签名远程\emph{spatiotemporal order}的必要成分。我们表明，新一代的量子模拟器可以编程实现DTC阶段，并通过实验检测其动力学特性，一项任务，需要广泛的可编程性，初始化和读出能力。具体来说，谷歌的Sycamore处理器的架构与手头的任务非常接近。我们还讨论了环境退相干的影响，以及如何将它们与来自封闭系统热化动力学的“内部”退相干区分开来。已经与现有的技术和噪声水平，我们发现DTC时空秩序将是可观察的数百个周期，随着硬件的进步，参数的改进。
2021-09-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
Quantum walk processes in quantum devices
本文研究NISQ设备中量子游走的电路实现问题，分析图与量子电路的对应关系，并提出超立方体图和任意图上量子游走的量子电路表示方法。
2023-04-22 quant-ph
Realization of single-qubit positive operator-valued measurement via a one-dimensional photonic quantum walk
我们通过将量子位实现为光子量子行走中的硬币并使行走者进行投影测量来执行量子位的广义测量。我们的实验技术可以用来实现光子任何秩1单量子比特正算符值测量通过构建一个适当的干涉量子行走网络，然后投影测量的步行者的位置在最后一步。
2015-01-22 quant-ph
Observation of quasiperiodic dynamics in a one-dimensional quantum walk of single photons in space
我们实现了量子步行者的准周期动力学超过2.5个准周期，通过实现步行者作为一个单光子通过量子步行光学干涉仪网络。我们在每个光路中引入完全可控的偏振无关移相器，以实现任意位置相关的相移，并且我们采用大的清晰孔径光束移位器，同时保持高可见度干涉，以实现10个量子行走步骤。通过改变半波片的设置，我们控制量子硬币的偏置，从而观察到从准周期动力学到弹道扩散的过渡。
2013-11-30 quant-ph
Accurate Chemical Reaction Modeling on Noisy Intermediate-Scale Quantum Computers Using a Noise-Resilient Wavefunction Ansatz
提出一种结合活性轨道选择、DSRG有效Hamiltonian和抗噪声波函数ansatz的高效量子模拟方案，在NISQ设备上实现了精确的化学反应建模，推动了NISQ时代量子效用的实现。
2024-04-22 quant-ph
Continuous-Time Quantum Walks on Dynamic Graphs
静态图上的连续时间量子行走（CTQW）提供了有效的搜索和采样方法，以及通用的量子计算模型。我们考虑扩展的CTQWs的情况下，动态图，其中一个有序序列的图形管理自由演化的量子行走。然后，我们考虑如何完美的状态转移在量子行走可以用来设计动态图，实现一组通用的量子逻辑门。我们给出了一个完整的逻辑基础明确的例子，我们使用数值模拟验证实施量子隐形传态和加法电路。最后，我们讨论了利用主动控制的量子光波导在动态图上实现CTQWs的可能性。
2019-02-04 quant-ph
Entanglement swapping via three-step quantum walk-like protocol
我们提出了一个未知非最大纠缠光子态的纠缠交换过程，其中标准的Bell态测量被一个三步量子行走式的态鉴别过程所取代，即，通过操纵两个光子的运动轨迹来代替实际上非平凡的耦合单元，这将极大地丰富实现量子计算中光子间耦合的动力学，降低光量子处理的集成复杂度。此外，输出态可以是最大纠缠的，这也允许纠缠集中。
2017-10-27 quant-ph
Multi-Particle Quantum Walks in a Dipole-Conserving Bose-Hubbard Model
Harvard University（哈佛大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）
本研究实现了一个偶极守恒的Bose-Hubbard模型，通过光学生成局域偶极激发并表征其量子行走与散射动力学，为探索分形物质的低能相奠定了实验基础。
2025-11-04 cond-mat.quant-gas quant-ph
Realizing non-trivial doublon formation using a quantum computer
该研究在一维扩展 Fermi-Hubbard 模型中模拟连续时间量子行走，数值并利用 NISQ 设备验证了稳定在位双粒子的形成及其对跃迁不对称性的响应。
2025-05-13 cond-mat.other quant-ph
Creating anomalous Floquet Chern insulators with magnetic quantum walks
我们提出了一个利用自旋为1/2的粒子在二维晶格中进行离散时间量子行走来构造反常Floquet Chern拓扑绝缘体的方案。通过Floquet工程量子行走协议，Aharonov-Bohm几何相位被印在晶格中的闭环路径上，从而实现了阿贝尔规范场-穿过二维电子气的磁通量的模拟。我们表明，在强场制度，当每个元格的磁通量是一个相当大的分数的磁通量量子，磁量子行走引起具有非零陈数的近平坦的能带。此外，我们发现，由于非微扰性质的周期性驱动，第二个拓扑数-所谓的RLBL不变-是必要的，以充分表征磁量子行走的异常Floquet拓扑相位和计算的拓扑保护的边缘模式的数量预计在不同的阶段之间的边界。在本文的第二部分中，我们讨论了在二维自旋相关的光晶格中使用中性原子实现该方案，该方案能够产生任意的磁场景观，包括具有尖锐边界的磁场景观。强大的原子运输，这是观察到沿边界分离区域的不同场强，揭示了拓扑性质的Floquet陈省身带。
2019-06-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
Model Reduction for Quantum Systems: Discrete-time Quantum Walks and Open Markov Dynamics
提出一种离散时间量子系统的精确模型降阶方法，利用代数方法和量子条件期望构建框架，确保降阶模型满足完全正定性与概率守恒，并在Grover算法等示例上验证有效。
2025-06-06 quant-ph
Efficient and scalable quantum walk algorithms via the quantum Fourier transform
量子行走（QW）作为唯一量子行为的例子而引起人们的兴趣，并且适用于各种量子搜索和模拟模型。从这两个角度来看，在量子设备上实现QW是有用的。我们描述了一个原型的一维离散时间量子阱算法，节省其实施所需的资源。我们的算法只需要一个移位（增量）操作。它还允许完全灵活地选择移位电路，这是QW实现的资源密集型部分。我们使用量子傅里叶变换（QFT）实现移位，产生迄今为止，最有效和可扩展的，二次尺寸，线性深度电路的基本量子阱。这对于有噪声的中间尺度量子（NISQ）设备是期望的，其中更少的计算意味着更快的执行和降低的噪声和退相干的影响。由于QFT对角化了酉循环矩阵，我们推广了基本QW中的移位以在QW中引入空间卷积。我们证明了我们的基本QW算法使用QFT为基础的移位运行在公开访问的IBM量子计算机上。
2020-01-13 quant-ph
Quantum walks and Dirac cellular automata on a programmable trapped-ion quantum computer
量子行走形式主义是一个广泛使用和非常成功的框架，用于模拟量子系统，如狄拉克方程的模拟，在低能量和高能量状态下的不同动力学，以及用于开发广泛的量子算法。在这里，我们提出了基于电路实现的位置空间中的离散时间量子行走的五量子比特捕获离子量子处理器。我们对特定多比特态的步行者位置空间进行编码，并编程系统以不同的量子步行参数运行，实验实现了具有可调质量参数的Dirac元胞自动机。量子行走电路和位置状态映射有利地扩展到更大的模型和物理系统，允许基于离散时间量子行走算法和与狄拉克方程的离散版本相关联的动力学的任何算法的实现。
2020-02-06 quant-ph
Universal quantum computing using single-particle discrete-time quantum walk
量子行走被认为是一个原始的通用量子计算。通过使用描述单粒子在位置空间上离散时间量子行走所需的操作，我们证明了在两个和三个量子比特系统上实现通用的量子门集。其思想是利用单个量子比特的有效希尔伯特空间及其演化的位置空间来实现多量子比特态及其上的普适量子门集。与基于电路的计算模型相比，在所提出的量子行走模型中实现许多非平凡门和工程任意状态更简单。我们还将讨论该模型的可扩展性，以及在实现更大的量子比特系统时使用更少数量的量子比特的一些提议。
2021-06-15 quant-ph
Realizing Scalable Conditional Operations through Auxiliary Energy Levels
针对NISQ时代量子操作复杂控制限制可扩展性的问题，提出基于跃迁路径工程的跃迁复合门方案，利用辅助能级实现低复杂度条件操作，实验验证CU族及其应用，大幅降低电路深度并提升保真度，成功实现量子比较器，为大规模量子算法奠定基础。
2025-04-15 quant-ph
Sampled-Based Guided Quantum Walk: Non-variational quantum algorithm for combinatorial optimization
Aix-Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；Sorbonne Université（索邦大学）
提出非变分量子算法SamBa-GQW，利用离线经典采样获取问题哈密顿量谱信息，通过时间依赖跳跃率的量子游走引导求解任意阶二元组合优化问题，在20量子比特规模下表现优异。
2026-10-06 quant-ph
Superconducting Qubits: Current State of Play
超导量子比特是建造量子计算机的主要候选者，量子计算机能够实现现代超级计算机无法实现的计算。超导量子位模态已被用于演示“噪声中间尺度量子”（NISQ）技术时代的原型算法，其中未纠错的量子位被用于实现量子模拟和量子算法。随着最近多个高保真双量子比特门的演示以及可扩展超导量子比特系统中逻辑量子比特的操作，这种模式也有望实现构建更大规模纠错量子计算机的长期目标。在这篇简短的综述中，我们讨论了量子比特硬件、门实现、读出能力、早期NISQ算法实现和使用超导量子比特的量子纠错的几个最新实验进展。虽然在这项技术的许多方面继续工作肯定是必要的，但在过去几年中，概念和技术进步的步伐令人印象深刻，我们希望在这里传达这一进展所带来的兴奋。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Coined Quantum Walks on Complex Networks for Quantum Computers
Classiq Technologies G.K.（Classiq科技有限公司）
本文提出了一种实现复杂网络上硬币量子行走的量子电路设计，通过双寄存器编码简化了移位操作并降低了资源开销，实验表明电路深度随网络规模近似呈$N^{1.9}$增长，且在IBM Torino超导量子处理器上验证了该方法的可行性。
2026-04-23 quant-ph
Quantum reservoir computing using arrays of Rydberg atoms
量子计算有望为机器学习提供计算优势。然而，有噪声的中间尺度量子（NISQ）设备对实现量子机器学习（QML）优势提出了工程挑战。最近，一系列受大脑噪声容忍动力学启发的QML计算模型已经成为规避NISQ设备硬件限制的一种手段。在这篇文章中，我们介绍了一个量子版本的递归神经网络（RNN），这是一个众所周知的大脑神经回路模型。我们的量子RNN（qRNN）利用相互作用的自旋1/2粒子系综的自然哈密顿动力学作为计算手段。在哈密顿量是对角的极限中，qRNN恢复了经典版本的动力学。超过这个限制，我们观察到qRNN的量子动力学为它提供了量子计算特征，可以帮助它进行计算。为此，我们研究了一个基于里德伯原子阵列的qRNN，并证明了qRNN确实能够利用这个平台的几个关键特征，如原子间物种相互作用和量子多体伤疤，复制几个认知任务的学习，如多任务处理，决策和长期记忆。
2022-07-20 cond-mat.dis-nn quant-ph
Robust Implementation of Discrete-time Quantum Walks in Any Finite-dimensional Quantum System
针对NISQ时代无辅助量子比特条件下DTQW电路成本高的问题，提出基于中间qudit的多量子比特门分解方法，将门数与深度减半，并推广至任意有限维量子系统。
2024-08-03 cs.ET quant-ph
Topological two-dimensional Floquet lattice on a single superconducting qubit
先前的理论和实验研究表明，目前的NISQ器件构成了模拟量子模拟的强大平台。通过最先进的量子计算机提供的精致控制水平，我们证明了人们可以更进一步并实现广泛的Floquet Hamilton，或一般的时间相关Hamilton。然后，我们在IBM Quantum Experience中实现了这些模型的单量子位版本，并通过实验实现了Bernevig-Hughes-Zhang Chern绝缘体的时间版本。从我们的数据中，我们可以推断存在的拓扑转换，从而实现了早期的建议，拓扑频率转换的马丁，Refael和Halperin。我们的研究强调了通过量子计算机的多频驱动研究多体系统时的承诺和局限性。
2021-03-25 quant-ph
Review on Quantum Walk Computing: Theory, Implementation, and Application
本文综述量子游走的理论模型、物理实现与算法应用，总结其超越经典计算及实现通用量子计算的潜力与挑战。
2024-04-05 quant-ph
Expressive Quantum Supervised Machine Learning using Kerr-nonlinear Parametric Oscillators
针对VQA数据重上传耗资源的问题，提出利用KPO多激发态构成大Hilbert空间，单模式表达能力即超过六量子比特传统方案。
2023-11-13 quant-ph
Efficient Circuits for Quantum Walks
我们提出了一个有效的通用方法来实现量子行走算子对应的任意稀疏经典随机行走。我们的方法是基于Grover和Rudolph的方法，用于准备有效可积概率分布的相干版本。这种方法旨在用于具有多项式加速比的量子行走算法，其复杂性通常是根据我们必须应用量子行走的步骤的次数来衡量的，与必要的经典马尔可夫链步骤的数量相比。我们考虑一个更精细的复杂性概念，包括以某种期望的精度实现量子行走的每一步所需的基本门的数量。各种实现方法的复杂性的差异在于，我们的方法在稀疏性参数中线性缩放，并且与所需精度的倒数多项式地缩放。以前最好的已知的一般方法要么规模平方的稀疏参数，或多项式的逆精度。我们的方法是特别相关的实现量子行走对应于经典的随机行走，如在经典算法中使用的近似永久和采样从二进制列联表。在这些算法中，稀疏参数随着问题的规模而增长，同时保持高精度的要求。
2009-12-20 quant-ph
Scoring Anomalous Vertices Through Quantum Walks
Deloitte Consulting, LLP（德勤咨询公司）
本文提出首个基于量子随机游走的图异常检测算法，以均匀初始位置持续遍历图来计算节点异常分数，并针对NISQ/ISQ时代调整电路深度，同时严格证明其收敛性。
2024-09-17 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quantum Walks in Periodic and Quasiperiodic Fibonacci Fibers
量子行走是量子计算、模拟、通信和信息等领域的关键操作。在这里，我们报告的第一次演示的量子行走和本地化的量子行走在一种新型的光纤有一个环的核心构造周期和准周期的Fibonacci序列，分别。理论和实验结果之间取得了很好的一致性。新型多芯环形光纤为低损耗光纤中的量子效应实验提供了一个新的平台，这对于具有大尺寸问题的实际应用的可扩展性至关重要。此外，我们的新的准周期Fibonacci多芯环光纤提供了一类新的准周期光子晶格，具有对角和非对角确定性的障碍，实现本地化的量子行走确定性。所提出的Fibonacci纤维制造简单直接，具有丰富的特性，可用于量子应用。我们的模拟和实验结果表明，与随机无序结构相比，在新提出的准周期光子晶格局域量子行走是高度可控的，由于准周期系统的确定性无序性质。
2019-11-04 physics.optics quant-ph
Quantum leap: how to complete a quantum walk in a single step
量子漫步提供了各种基本过程的简单模型。关键是要知道步行背后的动力学何时导致量子优势，只需检查其统计数据。许多不可分辨粒子的行走和非经典多粒子关联的测量很可能揭示量子本质。实现行走的设置中的元素$O(n)$的数量随着它们的长度或扩展$n$而增长。我们引入了量子飞跃的概念，这是一个可以用更少或互补的资源实现的过程，它在一个单一的步骤中模拟另一个漫长的过程。该过程及其跳跃由相同的哈密顿量描述，但后者用设置的可调参数来参数化演化。在步行的情况下，一个跳跃立即给出了一个概率分布，这个概率分布是在许多步之后才产生的。这可能是吸引人的模拟过程是漫长的或需要动态控制。我们讨论了一个飞跃的基础上的多粒子洪-欧-曼德尔干涉，一个固有的量子现象。它再现了一个量子行走，通过自旋链实现完美的状态转移。它需要一个分束器，两个探测器和$n$粒子来模拟在尺寸为$O(n)$的链上行走，时间由分束器的反射率固定。我们的研究结果适用于广泛的一类系统，HOM样的效果可以观察到，并可能构成一个新的方法来模拟复杂的哈密顿与被动干涉仪。
2015-11-02 quant-ph
Steered discrete-time quantum walks for engineering of quantum states
该研究分析了受控离散时间量子行走在二分量子系统态生成中的局限，提出了行走可达态的生成与最短路构建算法，并在线性光学平台上验证了全态可达性及矢量光束实现方案。
2022-05-22 physics.optics quant-ph
Topological quantum walk in synthetic non-Abelian gauge fields
提出在偏振复用的四维光子网格晶格中构建合成 SU(2) 非阿贝尔规范场，以实现并调控一维、二维拓扑量子行走及其拓扑不变量和纠缠模拟。
2024-12-04 physics.optics quant-ph
Measuring the winding number in a large-scale chiral quantum walk
我们报道了幺正手征量子行走中缠绕数的实验测量。离散时间量子行走中的自旋轨道耦合基本上是通过基于时分复用的共线切割双折射晶体实现的。我们的协议是紧凑的，避免了额外的损失，使其适合于实现真正的单光子量子行走在大规模。采用预言的单光子作为行走器，结合单光子探测中的高时间分辨技术，我们实现了50步Hadamard离散时间量子行走，保真度高达0.948 $\pm$ 0.007。特别是，我们可以重建完整的波函数的步行者开始行走在一个单一的晶格网站，通过每个网站的局部层析。通过傅里叶变换，可以得到准动量空间中的波函数。利用这种能力，我们提出并报道了一种在准动量空间中重构系统哈密顿量本征向量的方法，并在存在手征对称性的情况下，直接读出不同拓扑相（平凡相和非平凡相）的缠绕数.通过引入非等效时间框架，我们证明了周期驱动系统的整个拓扑相也可以用两个不同的绕组数来表征。我们的方法也可以推广到高缠绕数的情况。
2018-08-28 quant-ph
State Preparation on Quantum Computers via Quantum Steering
提出一种基于测量诱导导引的量子状态制备方法，通过辅助量子比特的纠缠、测量与主动重置，将系统量子比特导引至目标状态，并验证了其在NISQ及未来纠错码中的关键价值。
2023-10-09 quant-ph
Quantum Computing by Quantum Walk on Quantum Slide
本文提出利用量子滑梯实现通用量子计算，通过外部场产生移动高斯波包，绕开平面波初始态难题，实现Childs方案中的通用门集，且保真度随滑梯长度增加渐近趋于1。
2023-05-10 quant-ph
Entanglement distribution based on quantum walk in arbitrary quantum networks
针对高维纠缠在复杂量子网络中的分发难题，本文提出基于量子游走的中继模块、树网络及 Steiner 树方案，并通过超导量子实验验证其可行性。
2025-01-09 quant-ph
Experimental parity-time symmetry quantum walks on a directed graph
量子行走在量子信息处理算法的发展中具有重要的意义。最近，已经提出了几种量子算法来实现网络分析，特别是对由图表示的网络中的节点的中心性进行排名。与某些广泛使用的经典算法（例如PageRank）相比，在中心性排名中使用QW是有利的，因为QW方法可以提升某些图中的顶点秩退化。然而，通过QW实现有向图是具有挑战性的，因为它对应于非厄米哈密顿算子，因此不能通过常规QW实现。在这里，我们报告的实现中心排名的三顶点和四顶点有向图的奇偶时间（PT）对称量子行走。为了实现这一点，我们使用高维光子量子态，光学电路组成的多个级联干涉仪和尺寸相关的损失。重要的是，我们通过实验证明了量子阱方法的优势，打破了四顶点图中的顶点秩退化。我们的工作表明，PT-对称量子行走可能是有用的实现先进的算法在量子网络。
2019-12-18 physics.optics quant-ph
Realizing multi-orbital Emery models with ultracold atoms
JILA, National Institute of Standards and Technology, Center for Theory of Quantum Matter, and Department of Physics, University of Colorado（JILA，美国国家标准与技术研究院，量子物质理论中心，科罗拉多大学物理系）
本文提出利用光学超晶格架构实现三轨道埃默里模型，通过操控轨道自由度模拟铜基材料带结构，并研究其热力学性质及抗磁性相关现象。
2026-04-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el physics.atom-ph
Realization of high-fidelity unitary operations on up to 64 frequency bins
本文在多达64个频率箱模式上实现了高保真度可编程酉运算，通过量子行走基准测试验证了系统性能，相似度最高达98%，为Gaussian玻子采样等复杂光子量子任务奠定了基础。
2024-02-15 physics.optics quant-ph
Two-Dimensional Quantum Walk of Correlated Photons
量子在精心设计的图形中行走，是模拟物理和拓扑现象、构造模拟量子算法、实现通用量子计算的有力工具。集成光子学技术已经成为实现各种量子信息任务的通用平台，并且是执行大规模量子行走的有希望的候选者。扩展物理维度和涉及更多粒子都将增加演化系统的复杂性和所需的量子资源。先驱工作已经证明了单粒子在二维（2D）晶格上的行走和多个行走者在一维结构上的干扰。然而，2D多粒子量子行走，真正的经典不可模拟，一直是一个空缺近十年。在这里，我们提出了一个真正的二维量子行走与相关光子的三角形光子晶格，它可以映射到一个状态空间高达37 × 37维。这突破了单粒子演化的物理限制，可以在大空间内进行信息编码，构成真正有利于量子信息处理的高维图形。芯片面和2D扇出接口之间的逐点寻址使得能够同时观察超过600个非经典干扰，违反了高达57个标准偏差的经典限制。我们的平台为大规模二维多光子量子行走提供了一个很好的前景，为实际的量子模拟和超越经典机制的量子计算铺平了道路。
2020-07-13 physics.optics quant-ph
