Benchmarking highly entangled states on a 60-atom analog quantum simulator
本研究利用60原子模拟里德堡量子模拟器,在超越经典精确计算的高纠缠区间开展保真度基准测试与混合态纠缠估算,提出适配的近似经典算法与纠缠估算器,验证其性能比肩顶尖数字量子器件,为量子纠缠能力评估提供新范式。
2023-12-05 physics.atom-ph quant-ph
Fair Benchmarking of Optimisation Applications
Maastricht University(马斯特里赫特大学);TNO(荷兰应用科学研究组织)
本文提出了一种公平评估量子优化应用的框架,强调端到端工作流程、透明调优和问题多样性,以提高评估的可重复性和可信度。
2025-12-08 quant-ph
Simulating Wigner Localisation with the IBM Heron 2 Quantum Processor: A Proof-of-Principle Benchmarking Study
Kazan Federal University(喀山联邦大学)
利用IBM Heron 2量子处理器对Wigner局域化进行高保真度模拟,验证了超导量子硬件在强相关物质相研究中的可行性。
2026-01-03 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Benchmarking bosonic and fermionic dynamics
本文提出一种针对玻色子和费米子量子设备的随机模拟基准测试框架,利用粒子数守恒动力学和受限操作,对状态制备和测量误差具有鲁棒性,并提供理论保证和数值验证。
2024-08-20 quant-ph
Term Grouping and Travelling Salesperson for Digital Quantum Simulation
通过计算哈密顿量的时间演化来进行量子动力学的数字模拟是量子计算最初提出的应用。然而,仿真哈密顿量的完整第二量子化形式所需的大量量子门使得这样的方法不适合于具有有限的导致高物理误差的门重复性的近期器件。此外,由非交换项引起的Trotter误差会累积并损害整个电路的保真度,从而导致算法误差。在本文中,我们提出了一个新的术语排序策略,最大通勤TSP(MCTSP),同时减轻算法和物理错误。首先,我们提高了Trotter保真度与以前提出的优化相比,通过重新排序泡利条款,并将它们划分为交换家庭。我们证明了这种方法的实用性,通过构建和评估量子线路,模拟不同的分子哈密顿,以及理论解释的保真度改善,从我们的长期分组方法。其次,我们描述了一种新的门取消技术,减少了高的门数制定的门取消问题作为一个旅行销售人员的问题,连同基准测试实验。最后,我们还提供了基准测试结果,证明了最大-通勤-TSP的综合优势,以减轻物理和算法的错误,通过量子线路模拟现实的噪声模型。
2021-03-12 quant-ph
Benchmarking Noise Extrapolation with OpenPulse
从噪声中尺度量子(NISQ)数据中提取精确估计最近引起了相当大的关注。为了增强数字量子比特度量,如门保真度,我们讨论模拟误差缓解能力,即准确提取精确可观察估计的能力,作为混合量子经典计算基准测试任务。具体来说,我们的特点是单量子比特错误率IBM的波基普西超导量子硬件,将控制介导的噪声依赖到一个广义的重新缩放协议,并分析噪声特性如何影响理查森外推为基础的错误缓解。我们的研究结果确定区域的空间中的哈密顿控制领域和电路深度,这是最可靠的噪声外推,以及如何低级别的硬件表征,可以用来作为预测工具的不确定性量化在错误减轻NISQ计算的光。
2019-09-11 quant-ph
Efficient Unitarity Randomized Benchmarking of Few-qubit Clifford Gates
幺正随机基准测试(URB)是一种独立于状态准备和测量误差来估计实现的量子门的相干性的实验过程。这些估计的一致性是衡量的么正性。这个实验的一个核心问题是将数据点的数量与严格的置信区间联系起来。在这项工作中,我们提供了一个约束的Clifford URB所需的数据点的数量作为置信度和实验参数的函数。该界在近酉噪声的情况下具有良好的缩放性,并且与所使用的门序列的长度渐近无关。我们还表明,与标准的随机基准测试,一个非平凡的数据点的数量总是需要克服的随机性引入的状态准备和测量误差,即使在完美的门的限制。我们的界限是足够尖锐的基准小维系统在现实的参数制度,使用适度数量的数据点。例如,我们证明了单量子比特Clifford门的么正性可以在门独立噪声的假设下使用几百个数据点进行严格估计。与之前已知的界限相比,这降低了几个数量级。
2019-01-16 quant-ph
Characterizing large-scale quantum computers via cycle benchmarking
量子计算机有望比数字计算机更有效地解决某些问题。实用的量子计算面临的一个主要挑战是表征和减少在大规模处理器上运行的算法期间积累的各种错误。目前的表征技术无法充分考虑指数级的大量潜在误差,包括串扰和其他相关噪声源。在这里,我们开发了循环基准测试,这是一种严格且实际可扩展的协议,用于表征多量子比特量子处理器的局部和全局错误。我们通过在离子阱量子计算机上量化非纠缠和纠缠操作中的此类错误,实验证明了其实用性,其中最多10个量子位,多量子位纠缠门的总过程可靠性范围从2个量子位的99.6(1)%到10个量子位的86(2)%。此外,循环基准测试数据验证了每个单量子位门和每个双量子位耦合的错误率不会随着系统尺寸的增加而增加。
2019-02-22 quant-ph
Direct digital synthesis of microwave waveforms for quantum computing
微波领域中的现有技术量子计算实验使用通过用由任意波形发生器(AWG)生成的基带信号调制微波音调而生成的控制脉冲。数字模拟转换技术的最新进展使得直接合成任意微波脉冲成为可能,其采样率高达每秒92千兆采样(GS/s)。这些新的高带宽AWG可以大大简化量子计算实验的经典控制链,实现更先进的脉冲整形,减少需要仔细校准的组件数量。在这里,我们使用高速AWG来研究这种简化方案的可行性。我们的AWG的特点和超导量子位进行随机基准测试,实现低于$5\times10^{-4}$的平均单量子位门错误率。
2017-03-02 quant-ph
Benchmarking of Quantum Protocols
量子网络协议为通信和计算系统提供了新的功能,例如增强的安全性。尽管量子硬件取得了快速进展,但它尚未达到能够在实际环境中执行许多量子协议的成熟水平。为了在现实世界中开发量子协议,有必要考虑到它们在实际实现中的不完善性,使用仿真平台来检查它们的性能。在本文中,我们考虑了几种量子协议,这些协议在不久的将来的量子网络中实现了有前途的功能和服务。这些协议从量子通信和量子计算两个领域中选择,如下:量子货币,基于W态的匿名传输,可验证的盲量子计算和量子数字签名。我们使用NetSquid仿真平台来评估各种噪声源对这些协议性能的影响,考虑不同的优值。我们发现,要实现量子货币协议,量子存储器的退相干时间常数必须至少是量子比特存储时间的三倍。此外,我们对基于w态的匿名传输协议的模拟结果表明,在该协议中,要达到平均保真度高于0.8,发送者和接收者的粒子在量子存储器中的存储时间必须小于量子存储器的退相干时间常数的一半。我们还研究了门缺陷对可验证盲量子计算性能的影响。我们发现,在我们选择的参数下,如果量子门的去极化概率大于或等于0.05,则协议的安全性不能得到保证。最后,我们对量子数字签名协议的仿真结果表明,信道丢失对否认概率有显著影响。
2022-07-17 quant-ph
CLOPS: Benchmarking System Speed at Utility Scale
IBM Quantum, IBM T. J. Watson Research Center(IBM量子,IBM托马斯·J·沃森研究中心)
针对现有量子速度指标无法反映效用规模工作负载端到端吞吐量的问题,研究提出CLOPS_h基准,关联设备能力与质量范围,实现速度与质量的连贯解释。
2026-08-24 quant-ph
Benchmarking Quantum(-inspired) Annealing Hardware on Practical Use Cases
量子退火算法在解决组合优化问题的实践中显示出了希望。已经有广泛的研究证明了D-Wave量子退火机和量子退火机的实用性,即,富士通数字退火机的各种应用,但很少有作品比较这些平台。在本文中,我们基准量子(启发)退火与三个组合优化问题,从一般的科学问题,在实际使用中的复杂问题。在问题的大小超出量子(启发)计算机的能力的情况下,我们在分解的上下文中评估它们。实验表明,这两个退火是有效的问题与小尺寸和简单的设置,但失去他们的效用时,面对的问题,在实际的大小和设置。分解方法扩展了退火炉的可扩展性,但离实际使用还很远。基于实验和比较,我们讨论了量子退火的优点和局限性,以及可能提高这些新兴计算技术的实用性和可扩展性的研究方向。
2022-09-24 cs.ET quant-ph
Boundaries of quantum supremacy via random circuit sampling
本文分析随机电路采样中量子优势的边界,指出当前保真度下量子优势限于几百量子比特和几百门深度,并揭示该边界随错误率降低呈指数扩展,最终与近期量子纠错计算的出现相吻合。
2020-10-09 quant-ph
Preparing random states and benchmarking with many-body quantum chaos
本研究通过预测和实验验证,展示了在时间无关哈密顿动力学下随机态系综的自然涌现,并基于此开发了一种高效保真的基准测试协议,在里德堡量子模拟器上以少于10^4个样本实现了对多达25个原子的系统进行保真度估计,具有广泛适用性。
2023-05-16 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Single Flux Quantum-Based Digital Control of Superconducting Qubits in a Multi-Chip Module
本文提出一种多芯片模块架构,通过分离SFQ元件与量子比特并使用In凸点键合,有效抑制了声子介导的准粒子中毒,将基于SFQ的门错误率降低一个数量级至1.2(1)%,并指明进一步优化驱动电路带宽可使保真度逼近理论极限。
2023-01-13 cond-mat.supr-con quant-ph
Linear Cross Entropy Benchmarking with Clifford Circuits
本文提出用Clifford电路进行线性交叉熵基准测试(Clifford XEB),因可多项式模拟而能扩展至更大系统,模拟验证了噪声下的指数衰减,并证明低误差下必然如此。
2022-06-16 quant-ph
Towards a Digital Twin of Noisy Quantum Computers: Calibration-Driven Emulation of Transmon Qubits
本文提出利用硬件校准与基准电路提取参数化误差模型,构建超导 transmon 量子比特器件的数字孪生,并在 5 量子比特 QPU 上以 0.15 的平均总变差距离验证其预测能力。
2025-09-01 quant-ph
Benchmarking the Operation of Quantum Heuristics and Ising Machines: Scoring Parameter Setting Strategies on Optimization Applications
本文提出评估量子启发式与Ising机等参数化随机求解器性能的指南及开源软件包,通过统计基准测试和并行回火等示例,展示并评分了具有探索-利用权衡的参数调优策略。
2024-02-15 cs.ET quant-ph stat.CO
Simulating quench dynamics on a digital quantum computer with data-driven error mitigation
减少误差可能是获得近期量子优势的关键。在这项工作中,我们提出了几个Clifford数据回归为基础的方法,用于减轻真实量子数据中的噪声的影响的第一个实现。我们探讨了动态的1-D伊辛模型的横向和纵向磁场,突出签名的限制。我们发现,在一般克利福德数据回归为基础的技术是有利的,与零噪声外推相比,并获得定量协议与精确的结果为9量子位系统的电路深度高达176,涉及数百个CNOT门。这是迄今为止在此类研究中调查的最大系统。我们还研究了两点关联函数,并发现噪声对这个更复杂的可观察性的影响可以使用Clifford量子线路数据来减轻,突出了这些方法的效用。
2021-04-05 quant-ph
Digital quantum simulation of cosmological particle creation with IBM quantum computers
该研究利用数字量子计算模拟动态时空中的粒子产生,设计量子电路实现时间演化并在IBM量子计算机上实验,结合误差缓解技术改进粒子数量估计和状态保真度。
2025-02-11 gr-qc quant-ph
Coherence-limited digital control of a superconducting qubit using a Josephson pulse generator at 3 K
National Institute of Standards(国家标准局);University of Colorado, Boulder CO 80309, USA(科罗拉多大学)
利用约瑟夫森脉冲发生器在3K下实现超导量子比特的相干限制数字控制,提升了门保真度和退相干时间。
2025-12-08 cond-mat.supr-con quant-ph
Benchmarking multi-qubit gates -- I: Metrological aspects
对大型量子系统的准确和精确控制对于实现量子设备的实际优势至关重要。因此,对量子计算机中的硬件错误进行基准测试最近引起了人们的极大关注。数字量子计算机的现有基准涉及在大量量子线路上平均全局保真度,因此不适合用于模拟量子操作中的特定多量子位门。此外,平均全局保真度对于特定于多量子比特门和模拟设备的一些应用来说并不是最佳的品质因数,例如多体物理学的研究,这些研究通常使用局部可观测量。在这篇两部分的论文中,我们发展了一个新的优值适用于多量子位量子门的基础上减少的Choi矩阵的操作。在第一部分中,我们开发了一个有效的,可扩展的协议,以完全表征减少Choi矩阵。我们确定了两个来源的采样误差的测量减少崔矩阵,我们表明,有基本限制的采样误差的收敛速度,类似于标准的量子极限和海森堡极限。采样误差的缓慢收敛速度意味着我们需要大量的实验拍摄。我们开发了使用量子信息加扰的协议,这已经在无序系统中观察到,例如,为了加快状态准备时采样误差的收敛速度此外,我们开发了使用压缩和纠缠初始状态的协议,以提高测量时采样误差的收敛速度,这导致了度量增强的简化过程层析成像协议。
2023-01-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
From Promise to Practice: Benchmarking Quantum Chemistry on Quantum Hardware
Rensselaer Polytechnic Institute(伦斯勒理工学院);IBM Quantum, IBM T.J. Watson Research Center(IBM量子,IBM托马斯·J·沃森研究中心)
本文在量子硬件上评估了SQD方法的准确性和精度,展示了其在不同化学反应中的表现及改进机会。
2025-11-30 math-ph math.MP quant-ph
Benchmarking a heuristic Floquet adiabatic algorithm for the Max-Cut problem
本文提出用固定有限 Trotter 步实现 Floquet 绝热演化以求解 Max-Cut,显著降低门数量,并通过 matrix-product-state 模拟验证其在 3-正则图上的性能与资源需求。
2024-04-24 quant-ph
Large-Scale Quantum Circuit Simulation on an Exascale System for QPU Benchmarking
Jülich Supercomputing Centre Forschungszentrum Jülich(于利希超级计算中心 于利希研究中心)
本文利用JUPITER超算对Helios-1量子处理器进行基准测试,通过无噪声模拟验证其在93个量子比特下的相干性能,发现95个量子比特后输出与随机采样无法区分。
2026-04-29 quant-ph