Heisenberg picture tensor network formalism for optical circuits
Institute of Theoretical Physics, Ulm University（乌尔姆大学理论物理研究所）；Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST)（集成量子科学与技术中心）
本文提出一种基于量子光学电路输入输出关系的张量网络框架，通过图形表示的算子基MPS实现永久性计算，解决张量收缩与光子计数概率幅计算的复杂度不匹配问题。
2026-05-15 quant-ph
The ZX-Calculus is Canonical in the Heisenberg Picture for Stabilizer Quantum Mechanics
在2008年，Coecke和Duncan提出了图形化的ZX演算重写系统，该系统将量子线路，测量和量子态的推理形式化。ZX演算对于量子位量子力学是合理的。因此，在ZX-等价变换下的图的等式提升为矩阵上的相应方程的等式。相反，在2014年，Backens证明了完备性，建立了任何在稳定器量子力学中用矩阵进行的推导都可以用ZX演算图形化地推导出来。一个既汇合又唯一终止的图形重写系统被称为规范的：将重写的交替序列应用于同一个初始图，只要所有结果图都可以被操作以建立图形等价，重写系统就是汇合的。在这里，我们表明，减少ZX重写系统已经融合在稳定剂量子力学的海森堡图片。此外，ZX重写的子集的任何应用都唯一地终止，并且与稳定子量子力学的海森堡图像中的项重写的顺序无关。因此，ZX系统是稳定器量子力学的海森堡正则系统。对于具有$l$单量子位门和$g$双量子位门的$n$ -量子位上的稳定器电路，可以使用不超过$(\frac{1}{2}\cdot g+l)\cdot n$图形重写在海森堡图中以图形方式导出电路输出，从而提供Gottesman-Knill定理的图形证明。最后，我们建立了由Clifford电路描述的每个稳定器状态产生一个非负的父哈密顿量与$n+1$条款和一个一维的内核所跨越的相应的稳定器状态。这样的父哈密尔顿算子可以用$\mathcal{O}(t\cdot n)$图形重写来导出，用于由$t$门C…
2023-01-13 quant-ph
Quantum Synchronization in Nonconservative Electrical Circuits with Kirchhoff-Heisenberg Equations
本文基于瑞利耗散函数提出经典和量子电路的耗散理论，导出泊松-瑞利括号和基尔霍夫-海森堡方程，并通过三种电路验证了该框架在量子同步研究中的有效性。
2024-03-15 cond-mat.other quant-ph
Heisenberg-limited ground state energy estimation for early fault-tolerant quantum computers
在适当的假设下，量子相位估计（QPE）算法在估计基态能量时能够达到海森堡极限的精度标度。然而，QPE需要大量的辅助量子比特和大的电路深度，以及执行逆量子傅里叶变换的能力，使得在早期容错量子计算机上实现成本高昂。我们提出了另一种方法来估计的基态能量的哈密尔顿与海森堡有限的精度标度，它采用了一个简单的量子线路与一个辅助量子比特，和一个经典的后处理过程。除了基态能量外，我们的算法还产生了谱测度的近似累积分布函数，它可以用来计算哈密顿量的其他谱性质。
2022-02-03 quant-ph
Quantum time dynamics of 1D-Heisenberg models employing the Yang-Baxter equation for circuit compression
量子时间动力学（QTD）被认为是在近期量子计算机上实现量子霸权的一个有前途的问题。然而，QTD量子线路随着模拟时间的增加而增长。本研究的重点是模拟具有最近邻相互作用的一维可积自旋链的时间动力学。我们展示了如何利用量子杨-巴克斯特方程来压缩和产生浅量子线路。利用这种压缩方案，量子线路的深度变得与步长无关，并且仅取决于自旋的数量。我们发现，压缩电路的规模与系统大小的二次方，这使得非常大的1-D自旋链的时间动力学的模拟。我们推导出了海森堡哈密顿量的不同特殊情况下的压缩电路表示。我们通过在量子计算机上进行模拟来比较和证明这种方法的有效性。
2021-12-03 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
A Digital Spreading Framework for Quantum Expectation Computation Without Rotation Gates or Arithmetic Circuits
Industrial Technology Research Institute（工业技术研究院）
本文提出数字扩展框架，通过修剪后的Cuccaro进位架构避免乘法运算，实现高精度的量子加权平均计算，实验显示其精度优于现有方法。
2026-04-07 quant-ph
Noise Transfer Approach to GKP Quantum Circuits
本文提出基于海森堡绘景的噪声转移方法，将玻色子量子电路演化分解为信号与噪声，适用于GKP量子比特系统分析。
2024-11-08 quant-ph
Quantum circuits for digital quantum simulation of nonlocal electron-phonon coupling
针对电子-声子相互作用猝灭后小极化子形成的非平衡动力学研究需求，设计了含Peierls和呼吸模式相互作用的一维非局域耦合晶格模型数字量子模拟线路，复杂度随系统规模线性增长，还给出初始态生成线路，并通过数值计算提供对比基准。
2024-10-10 quant-ph
Transpiling Quantum Circuits using the Pentagon Equation
我们考虑应用的五角形方程的背景下，量子线路压缩。我们发现，如果五角形方程的解决方案，可以转译一个电路，涉及非海森堡型相互作用的电路只涉及海森堡型相互作用，而在并行，减少电路的深度。在这种情况下，我们考虑张\emph{et. al.}（$A$门）的非局部两量子比特操作的模型，并表明对于某些参数，它是五边形方程的解。
2022-09-28 math.QA quant-ph
Digital Simulation of Topological Matter on Programmable Quantum Processors
在合成量子模拟器中模拟物质的拓扑相是一个相当有趣的话题。鉴于数字量子模拟器的普遍性，数字模拟奇异拓扑相的前景大大增强。然而，如何实现物质拓扑相的数字量子模拟仍然是一个悬而未决的问题。在这里，使用常见的单和双量子比特基本量子门，我们提出并证明了一种方法来设计拓扑保护量子线路上的当前一代的噪声量子处理器的自旋轨道耦合和相关的拓扑物质可以数字模拟。特别地，在IBM和Rigetti量子处理器上执行低深度拓扑量子线路。在实验中，我们通过测量电路输出端的量子比特激发分布，不仅观察到了0和$π$的能量拓扑边缘态，而且区分了它们。
2020-09-23 quant-ph
Hardware-native quantum phase estimation with circuit QED
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）
提出一种利用电路量子电动力学（cQED）的迭代量子相位估计协议，通过二进制阈值测试和同质测量实现海森堡极限精度，无需逆量子傅里叶变换，降低了硬件复杂度。
2026-07-07 quant-ph
Symmetry-Preserving Variational Quantum Simulation of the Heisenberg Spin Chain on Noisy Quantum Hardware
本文提出利用保持对称性的变分电路在噪声量子硬件上模拟Heisenberg自旋链，通过对比实验验证了该方法在提高能量估计和鲁棒性方面的优势。
2025-12-28 quant-ph
Superconducting Circuit Architecture for Digital-Analog Quantum Computing
提出了一种适用于数模量子计算（DAQC）的超导电路结构，该结构基于增强的最近邻相互作用NISQ族。DAQC巧妙地使用了数字步骤（单量子比特旋转）和模拟块（参数化多量子比特操作），以超越数字量子计算算法。我们的设计包括超导量子干涉器件（SQUID）耦合的超导电荷量子比特链。使用磁通量控制，我们可以激活/去激活交换相互作用、双激励/去激励等。作为一个典型的例子，我们提出了一个有效的模拟的$\ell\times h$费米子晶格（与$2<\ell \leq h$），只使用$2(2\ell+1)^2+24$模拟块。所提出的架构设计在当前使用超导电路进行量子计算的实验装置中是可行的，从而以更少的资源为有用的量子优势打开了大门。
2022-05-14 cond-mat.supr-con quant-ph
Digital Quantum Rabi and Dicke Models in Superconducting Circuits
提出了利用电路量子电动力学对量子Rabi和Dicke模型进行模拟-数字量子模拟的方法。我们发现，所有的物理制度，特别是那些是不可能实现的典型腔QED设置，可以模拟通过酉分解成数字步骤。此外，我们显示的狄拉克方程动力学的量子拉比模型时，模式频率消失的出现。最后，我们分析了现实的超导电路场景下，这一建议的可行性。
2014-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Digital Quantum Simulation of Spin Systems in Superconducting Circuits
我们提出了一个数字量子模拟器的原型自旋模型的电路量子电动力学架构的实现。讨论了在共面波导微波谐振器中对传输子量子比特的海森堡模型和受抑伊辛模型进行量子模拟的可行性。此外，我们分析了这些模型的时间演化，并比较理想的自旋动力学与现实版本的量子模拟器。最后，我们讨论了开发超导电路数字量子模拟器工具箱的关键步骤。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Digital-analog quantum simulation of generalized Dicke models with superconducting circuits
我们提出了一个数字模拟的量子模拟的广义Dicke模型与超导电路，包括费米玻色凝聚，偏置和脉冲Dicke模型，所有制度的轻物质耦合。我们编码这些类的问题，在一组超导量子比特耦合玻色子模式实现的传输线谐振器。通过数字模拟技术，可以在最先进的电路量子电动力学平台中通过数字步骤适当地分解成模拟量子比特玻色子块和集体单量子比特脉冲来执行有效的量子模拟。此外，在大多数情况下，在整个协议期间只需要一个全局模拟块，叠加快速周期性脉冲来旋转和失谐量子位。因此，利用这种方法可以获得大量的数字步长，从而提供减少的数字误差。此外，每个数字步骤的门的数量不会随着量子位的数量而增长，从而使模拟高效。这一策略铺平了道路，可扩展的数字模拟量子模拟的多体动力学，包括玻色子模式和自旋自由度与超导电路。
2017-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Neuromorphic, Digital and Quantum Computation with Memory Circuit Elements
记忆效应在自然界中无处不在，记忆电路元件的类别-包括忆阻器，忆电容器和忆电感器-显示出理解和模拟相关基本物理过程的巨大潜力。在这里，我们表明，这些元素也可以用于模仿生物启发的计算机架构的电子方案，执行数字逻辑和算术运算，并可以扩展某些量子计算方案的能力。特别是，我们将讨论几个例子，记忆元素的概念是相关的实现联想记忆的神经元电路，尖峰定时依赖可塑性的突触，数字和现场可编程量子计算。
2011-09-28 cond-mat.mes-hall q-bio.NC quant-ph
Dynamic Circuits for the Quantum Lattice-Boltzmann Method
本文提出基于动态电路的量子格子玻尔兹曼方法，通过完全酉碰撞算子和电路中段测量实现多时间步高效计算，消除概率性失败并降低量子比特开销，数值验证与数字LBM高度一致。
2025-02-04 quant-ph
Digital Quantum Simulation of Scalar Yukawa Coupling
本文在 IBM Q 上研究了标量汤川耦合模型淬火后的动力学，设计了低深度量子电路模拟最多三个玻色子的演化，并通过误差 mitigation 验证了结果与经典基准的一致性。
2024-07-24 quant-ph
Schrödinger-Heisenberg Variational Quantum Algorithms
针对近期量子设备门保真度限制电路深度的问题，提出结合浅层真实薛定谔电路与Clifford虚拟海森堡电路的变分量子算法范式，可在低深度下提升计算精度，为近量子设备实现精确计算铺路。
2023-07-25 cond-mat.str-el quant-ph
Digital Zero-Noise Extrapolation with Quantum Circuit Unoptimization
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Unitary Foundation（Unitary基金会）
提出利用量子电路非优化实现数字零噪声外推（ZNE），通过生成指数级数量的电路变体进行噪声平均，有效恢复噪声模拟中的信号。
2025-07-14 cs.DS quant-ph
Comparative Study of Sampling-Based Simulation Costs of Noisy Quantum Circuits
量子运算中的噪声常常抵消量子计算的优势。然而，大多数经典的量子计算机模拟计算理想的概率幅，要么存储完整的状态向量，要么使用复杂的张量网络收缩。在这里，我们研究基于采样的经典模拟方法的噪声量子线路。具体来说，我们的特点的两个主要计划，稳定状态采样的魔态和海森堡传播，量子线路受到随机泡利噪声，如去极化和去相位噪声的模拟成本。为此，我们介绍了几种技术的稳定器状态采样，以减少这种噪声下的仿真成本。结果表明，在低噪声区，稳定状态采样的结果在一个较小的采样成本，而海森堡传播是更好的高噪声区。此外，对于高去极化噪声率$\sim 10\%$，这些方法提供了比低秩稳定器分解给出的更好的缩放。我们相信，这些知识的经典模拟成本是有用的挤压可能的量子优势的近期噪声量子器件以及有效的经典模拟方法。
2021-06-17 quant-ph
Logarithmic depth compression of Heisenberg Hamiltonian simulation by fan-out parallelization, with built-in error detection
University of Applied Sciences Northwestern Switzerland (FHNW)（西北瑞士应用科学大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；MatterDecoder
该研究提出基于扇出并行化的编译器，将海森堡哈密顿量模拟电路深度压缩，经资源对比与谱模拟验证，在受深度限制的量子硬件上可显著缩减深度与体积。
2026-08-21 quant-ph
Spectral analysis for noise diagnostics and filter-based digital error mitigation
我们使用频谱分析和经典信号处理工具研究了噪声对参数化量子线路的影响。对于不同的噪声模型，我们量化了由器件误差引起的输出信号中的附加高频模式。我们表明，过滤这些噪声引起的模式有效地减轻了设备的错误。当与现有的方法相结合时，这产生了改进的无噪声变分景观的重建。此外，我们描述了这些技术的经典和量子资源的要求，并测试其有效性的应用程序驱动的量子硬件电路。
2022-11-10 quant-ph
Propaq: A Python package for Heisenberg Propagation
Michigan State University（密歇根州立大学）
Propaq是一个高性能Python包，实现海森堡传播以经典模拟量子电路，兼容Qiskit和Cirq，支持任意基传播、混合模拟及自定义截断噪声，并提供详细日志分析。
2026-10-21 quant-ph
Heisenberg-limited quantum phase estimation of multiple eigenvalues with few control qubits
量子相位估计是量子算法设计中的一个基石，它允许对指数大的稀疏矩阵的特征值进行推断。这些特征值可以被学习的最大速率（被称为海森堡极限）受到模拟任意哈密顿量所需的电路复杂性的限制。量子相位估计的单控制量子位变体不需要实验之间的相干性，近年来由于较低的电路深度和最小的量子位开销而引起了人们的兴趣。在这项工作中，我们表明，这些方法可以实现海森堡极限，{ \em也}当一个是无法准备本征态的系统。给定一个量子子程序，它提供了一个“相位函数”$g(k)=\sum_j A_j e^{i ϕ_j k}$与未知的本征相位$ϕ_j$和重叠$A_j$在量子成本$O(k)$的样本，我们展示了如何估计相位$\{ϕ_j\}$与（均方根）误差$δ$的总量子成本$T=O(δ^{-1})$。我们的方案结合了海森堡限制的多阶量子相位估计的思想，用于单个特征值相位[Higgins et al（2009）和Kimmel et al（2015）]，具有所谓的密集量子相位估计的子程序，该子程序通过时间序列分析使用经典处理QEEP问题[Somma（2019）]或矩阵束方法。对于我们的算法，自适应固定的选择$k$在$g(k)$，我们证明海森堡限制缩放时，我们使用的时间序列/QEEP子程序。我们提出的数值证据表明，使用矩阵束技术的算法可以实现海森堡有限的缩放以及。
2022-09-23 quant-ph
Digital feedback in superconducting quantum circuits
这一章涵盖了超导量子比特的反馈控制的发展，使用投影测量和一组离散的条件动作，这里称为数字反馈。我们首先概述了数字反馈在量子计算中的应用。然后，我们介绍了超导量子比特的高保真投影测量的实现。这一发展为基于二进制测量结果的闭环控制奠定了基础。数字反馈控制的第一个应用是快速和确定性的量子位重置，允许量子位的重复初始化比其弛豫速率快一个数量级以上。第二种应用在多量子位设置中采用反馈，以将通过奇偶性测量产生的纠缠从概率性转换为确定性，每次都以具有所需奇偶性的纠缠态为目标。
2015-08-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Digital quantum simulation of the Su-Schrieffer-Heeger model using a parameterized quantum circuit
本文利用参数化量子电路数字模拟SSH模型，通过变分优化研究能量、纠缠熵和互信息在不同拓扑相间的演化规律，并在离子阱量子计算机上实验验证了拓扑相变。
2025-04-10 quant-ph
Error-mitigated deep-circuit quantum simulation of open systems: steady state and relaxation rate problems
深电路量子计算，如肖尔的算法，是由错误积累破坏，不久的将来量子技术是远远不够的成熟的量子纠错。最近的理论研究表明，只要考虑局部可观测量，封闭量子系统的数字量子模拟（DQS）就可以抵抗Trotter误差的积累，而不是诉诸浅电路量子算法。本文研究了开放量子系统的数字量子模拟。首先，我们证明了从数字量子模拟中获得的稳态偏差仅取决于单个Trotter步骤中的误差，这表明误差积累可能不是灾难性的。通过对耗散XYZ模型DQS的量子线路的数值模拟，我们证明了只要DQS中的错误率低于一个尖锐的阈值，就可以通过量子错误减轻来恢复正确的结果。我们通过耗散驱动的量子相变的存在来解释这种阈值行为。最后，我们提出了一种新的基于量子相变临界点附近的标度行为的误差抑制技术。我们的研究结果扩展了不久的将来可用的量子算法的领域，并激发了实际量子应用中的进一步理论和实验努力。
2023-03-12 quant-ph
Constant-Depth Multi-Product Formula for Trotter Error Mitigation in Near-Term Digital Quantum Simulation
Hanyang University（汉阳大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）；Ajou University（亚洲大学）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
研究多体动力学数字量子模拟中算法Trotter误差与物理噪声问题，提出恒定深度多乘积公式，通过确定辅助参数\(\alpha\)，抑制Trotter误差，结合物理噪声缓解，为近期硬件长时间量子动力学模拟提供关键方法。
2026-07-15 quant-ph
Continuous Hamiltonian dynamics on digital quantum computers without discretization error
本文提出一种数字量子计算机上的哈密顿动力学模拟算法，以有限电路深度实现零离散化误差，门数为 O(t²μ²) 且不依赖目标精度，并适用于非稀疏及含时哈密顿量。
2023-11-17 quant-ph
Error Mitigation in Dynamic Circuits for Hamiltonian Simulation
University of Central Florida（中佛罗里达大学）
本文研究动态电路在哈密顿量模拟和物理系统基态估计中的误差缓解技术，通过动态去耦和零噪声扩展策略，显著提升基态估计的能量间隙和减少演化态误差。
2026-05-14 quant-ph
PPVM: A Circuit Simulation Framework for Digital Twins of Quantum Processors
QuEra Computing Inc.（QuEra Computing公司）；QuEra Computing UK Ltd.（QuEra Computing英国有限公司）；DIENS, École Normale Supérieure, PSL University, CNRS, INRIA（巴黎高等师范学院、PSL大学、法国国家科学研究中心、法国国家信息与自动化研究所联合实验室）；NVIDIA Corp（英伟达公司）；University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
该研究推出开源框架PPVM，整合泡利传播与广义表格仿真，支持经典控制流，集成原子损耗通道，在千余物理量子比特上演示损耗感知魔法态蒸馏及与经典解码的集成，用于量子处理器数字孪生的电路仿真。
2026-10-21 quant-ph
Structure optimization for parameterized quantum circuits
我们提出了一个有效的方法，同时优化量子线路的结构和参数值，只有一个小的计算开销。使用结构优化的浅电路比仅使用参数更新的电路表现得更好，使得这种方法特别适合于有噪声的中等规模量子计算机。本文介绍了在IBM Melbourne量子计算机上优化计算氢化锂和海森堡模型的基态的变分量子本征求解器的方法，以及计算氢气的基态的方法。
2021-01-27 quant-ph
Quantum-circuit guide to optical and atomic interferometry
原子（量子比特）和光学或微波（模态）相位估计协议在量子线路图方面处于相同的基础上。电路等效性被用来证明协议的等效性，实现海森堡极限，采用纠缠叠加的Fock状态，如N 00 N状态。关键的等价是那些解开电路，使相位信息只写在一个模式或一个量子位上的等价。福克态叠加相位估计电路被转换为使用纠缠相干态叠加;由此产生的协议更适合在实验室中实现，特别是在微波频率的量子位/腔设置中。
2009-09-04 quant-ph
Mitigating depolarizing noise on quantum computers with noise-estimation circuits
当前量子计算机的一个重要问题是噪声。虽然存在许多不同的噪声通道，但去极化噪声模型通常适当地描述了涉及许多量子位和门的大型电路的平均噪声。我们提出了一种方法来减轻去极化噪声，首先估计其速率与噪声估计电路，然后使用估计的速率校正的目标电路的输出。通过对海森堡模型的仿真，验证了该方法的有效性.我们发现，我们的方法结合读出错误校正，随机编译，和零噪声外推产生的结果接近精确的结果，即使是包含数百个CNOT门的电路。
2021-03-15 quant-ph
Optimal two-qubit quantum circuits using exchange interactions
海森堡交换相互作用是实现非局部（即，多量子位）量子门。我们考虑由交换作用实现的$(SWAP)^α$门和单量子比特门组成的量子线路。用三个$(SWAP)^α$门和六个单量子位门构造了一个通用的双量子位量子线路。我们进一步表明，三个$(SWAP)^α$门不仅是足够的，但必要的。由于已知需要六个单量子位门，因此我们的通用双量子位电路在{ \em both} $(SWAP)^α$和单量子位门的数量方面是最优的。
2005-07-15 quant-ph
Randomized term grouping over physical law on digital quantum simulation
本文提出基于 qDrift 的 physDrift 随机算法，在哈密顿演化中保持物理守恒律，并通过氢链模型和噪声电路验证其误差降低与近期硬件可行性。
2025-02-16 quant-ph
Enhancing Quantum Annealing in Digital-Analog Quantum Computing
本文提出在DAQC框架中用量子门嵌入量子退火电路，借助不同退火设置下两状态内积虚部评估状态，从而在特定退火时间范围内提升组合优化性能。
2024-04-05 quant-ph
Towards Heisenberg Scaling: Measurement-Efficient Non-Orthogonal Quantum Eigensolver
Berkeley Center for Quantum Information and Computation（伯克利量子信息与计算中心）；Department of Chemistry, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校化学系）；Challenge Institute for Quantum Computation（挑战量子计算研究所）；Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校物理系）
通过将非正交量子本征求解器中的矩阵元估计重构为振幅估计任务，并集成迭代量子振幅估计，实现了近海森堡查询复杂度 O(1/ε)，显著降低测量成本并达到化学精度。
2026-06-01 quant-ph
Digital-Analog Quantum Simulations with Superconducting Circuits
量子模拟是有意地将物理或非物理模型复制到另一个更可控的量子系统中。除了在互不相连的领域之间建立通信管道之外，它们还有望解决经典计算机可能难以解决的复杂问题。从历史的角度来看，有两种独立的方法，即数字和模拟量子模拟。前者通常提供通用性和灵活性，而后者允许更好的可扩展性。在这里，我们回顾最近的文献合并两种范式的背景下，超导电路，产生：数字模拟量子模拟。通过这种方式，我们的目标是在涉及超导量子比特和微波传输线的最先进的量子平台中充分利用这两种方法。所讨论的数字和模拟的量子模拟概念的合并可能在不久的将来在相关问题上超越经典计算机，从而实现量子优势。
2018-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Observation of the ground-state-geometric phase in a Heisenberg XY model
几何相位在各种量子现象中起着核心作用，特别是在凝聚态物理中。最近，它表明，这一基本概念表现出连接到量子相变的系统经历了一个定性的变化，在基态时，在其哈密顿量的控制参数是不同的。在这里，我们报告的第一个实验研究使用几何相位作为拓扑测试的基态的量子跃迁的海森堡XY自旋模型。使用NMR干涉术，我们测量几何相位不同的绝热电路，不通过点的简并。
2010-11-12 quant-ph
Digital Annealer-Assisted CNOT Oriented Quantum Circuit Transpilation with Integrated QUBO Mapping and Routing
Keio University（庆应义塾大学）；University College London（伦敦大学学院）
本文提出利用数字退火进行精度优先的量子电路编译，通过混合策略和全退火策略实现CNOT门数减少，提升近量子硬件的实用性。
2026-09-01 quant-ph
Heisenberg-limited spin-squeezing via bosonic parametric driving
由失谐腔产生的自旋-自旋相互作用是产生高纠缠自旋压缩态的标准机制。我们在这里展示了如何在腔体上引入弱失谐参数（双光子）驱动器提供了一个强大的手段来控制诱导相互作用的形式。在没有驱动的情况下，诱导相互作用不能产生海森堡极限自旋压缩，但弱的优化驱动会产生理想的双轴扭转相互作用和海森堡极限压缩。参数驱动在耗散受限的情况下也是有利的，并且能够实现替代绝热方案，该方案可以制备最佳压缩的Dicke状态。我们的方案是兼容的一些平台，包括固态系统的自旋系综耦合到超导量子线路或机械模式。
2020-03-06 quant-ph
Digital Quantum Simulation of Laser-Pulse Induced Tunneling Mechanism in Chemical Isomerization Reaction
使用量子计算机来模拟多原子反应动力学在所需的资源量方面比经典计算机具有指数优势。在这里，我们展示了一个精确的模拟动力学的激光驱动的不对称丙二醛异构化反应。我们将空间和时间离散化，将哈密顿算符按量子比特数进行分解，利用沃尔什级数近似实现对角算符的量子线路。我们观察到，该反应的演变通过一个隧道机制，通过势垒和最终状态是与理论预测的密切一致。所有的量子线路都是通过IBM的QISKit平台在理想的量子模拟器中实现的。
2018-08-05 quant-ph
Heisenberg-Langevin Formalism For Open Circuit-QED Systems
我们提出了海森堡-朗之万形式来研究耦合到开放多模谐振器的超导量子位的有效动力学，而不诉诸旋转波、两级、玻恩或马尔科夫近似。我们的有效方程是通过消除谐振器的自由度，同时编码它们的电磁背景的格林函数的效果。我们占的开放性的谐振器正是通过采用一组非厄米模式的格林函数的光谱表示。导出了一个良好的时域微扰理论，系统地解释了像transmon这样的弱非线性量子比特的非线性。我们将这种方法应用于自发发射问题，准确地捕获量子比特动力学的非马尔可夫特征，适用于任何量子比特-谐振器耦合强度。任何耦合到电磁连续统的离散能级量子系统都受到辐射衰变和其能级重整化的影响。当在空腔内时，这些量可以相对于真空强烈地修改。通常，可以通过仅包括最接近的谐振腔模式来捕获这种修改。然而，在电路QED架构，与大量的耦合强度，它被发现，这样的速率的强烈影响，远离谐振模式。在无限多的腔模式的多模计算会导致发散，除非施加人工截止。以前的研究没有指出这种分歧的来源是什么。我们表明，除非$A^2$的效果是占到所有的订单完全，任何多模计算电路QED量必然会出现分歧。随后，我们提出了量子位特性的有限辐射校正的计算，该计算不受人为引入的高频截止的影响。
2017-11-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
QuYBE -- An Algebraic Compiler for Quantum Circuit Compression
QuYBE是一个用于压缩量子线路的开源代数编译器。它已被应用于量子计算机上的海森堡哈密顿量的有效模拟。目前，它可以模拟一维链的时间动力学。它包括用于产生上述的量子线路以及产生压缩电路的模块，其与时间步长无关。它利用杨-巴克斯特方程（YBE）进行压缩。QuYBE使用户能够在量子计算机上无缝设计，执行和分析海森堡哈密顿量的时间动力学。QuYBE是将YBE技术提供给来自多个领域的更广泛的科学家社区的第一步。QuYBE编译器可从https://github.com/ZichangHe/QuYBE获得
2022-12-13 math-ph math.MP quant-ph
Digital quantum simulation of spin models with circuit quantum electrodynamics
相互作用的量子自旋系统显示出丰富的量子相位谱，并显示出有趣的多体动力学。即使是传统计算机上的小系统的计算特性也构成了重大挑战。量子模拟器在计算复杂量子系统的演化方面有可能超过标准计算机。在这里，我们进行了数字量子模拟的范例海森堡和伊辛相互作用自旋模型使用两个transmon-qubit电路量子电动力学设置。我们利用模拟器中自然存在的交换交互来构建模型特定演化的数字分解并提取其完整动态。这种方法是通用的和有效的，仅采用的资源是多项式的自旋的数量，并指出了一条路径，在超导量子位平台的一般自旋动力学的控制模拟。
2015-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Digital-analog quantum computing of fermion-boson models in superconducting circuits
本研究提出一种基于超导电路架构的数-模量子算法，用于模拟Hubbard-Holstein模型，可降低电路深度，在双格点半填充模型模拟中实现高于0.98的态保真度，为多领域复杂系统量子计算提供新路径。
2025-03-21 cond-mat.supr-con quant-ph
Open timelike curves violate Heisenberg's uncertainty principle
在封闭类时曲线（CTC）存在下的量子演化玩具模型由于其预测的奇怪效应而在最近的文献中获得了关注。产生这些效应的电路看起来相当抽象和人为，因为它们需要未来和过去之间的非平凡相互作用，从而导致无限递归方程。我们考虑的特殊情况下，在CTC内没有相互作用，被称为开放的类时曲线（OTC），其中唯一的本地效果是增加所经过的时间由系统携带的时钟。值得注意的是，电路与访问到OTCs被证明违反海森堡的不确定原理，允许完美的状态歧视和完美的克隆相干态。该模型被推广到波包，并在适当的物理极限下平滑地恢复了标准量子力学。与广义相对论时间膨胀的类比表明，OTCs为现有的量子系统在引力下的行为提供了一种新的替代方案。
2012-06-24 gr-qc quant-ph
Simulating open quantum many-body systems using optimised circuits in digital quantum simulation
数字量子计算机是模拟开放量子多体系统的理想平台。通过模拟封闭量子系统的时间动力学或变分方法来获得基态是许多研究的重点。然而，开放量子系统的动力学没有得到太多的关注，原因是它们的非幺正动力学不自然地在量子计算中的一组幺正门操作上进行模拟。本文研究了具有Trotterisation的开放量子系统中修正随机薛定谔方程（MSSE）的原型模型.最小化MSSE中的前导误差使得能够优化量子线路，并且我们使用无噪声的\textit{quantum assembly language (QASM) simulator}和有噪声的IBM Quantum设备运行优化的电路。该\textit{QASM simulator}能够研究可达到的系统大小，这是可比的经典计算机的限制。结果表明，成功地获得了开放量子系统中的非平衡临界现象。此外，我们在IBM Quantum设备上运行该算法，表明当前的机器具有挑战性，由于噪声，要给出定量准确的时间动态。尽管有误差，IBM设备的结果定性地遵循临界行为的趋势，并包括一个可能性，以证明量子优势时，噪音减少。我们讨论了多少噪声应减少一定的保真度使用的噪声模型，这将是至关重要的，以证明从未来的量子器件的量子优势。
2022-03-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum chemistry and charge transport in biomolecules with superconducting circuits
我们提出了一个有效的协议，数字量子模拟的量子化学问题和增强的数字-模拟量子模拟的生物分子与超导电路的传输现象。沿着这些思路，我们通过Trotter-Suzuki分解和Jordan-Wigner变换，对具有单量子比特和双量子比特门的分子结构的费米子模型进行了最佳数字化。此外，我们解决了涉及玻色子自由度与数字模拟方法的生物分子的系统-环境相互作用的建模。最后，我们考虑门截断的量子算法，以允许环境影响的研究。
2016-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Single magnon excited states of a Heisenberg spin-chain using a quantum computer
自旋链的激发态在凝聚态物理中起着重要的作用。我们提出了一种计算海森堡自旋链单磁振子激发态的方法，该方法可以在量子处理器上有效地实现小自旋链。我们的方法包括找到能量与波数曲线的稳定点。我们实现我们的方法，4-网站和8-网站海森堡哈密顿使用数值技术，以及使用IBM量子处理器。最后，我们给出了一个深入了解我们提出的方法的电路复杂性和缩放。
2022-06-30 cond-mat.str-el quant-ph
Digital quantum simulation of fermionic models with a superconducting circuit
用一个本身就是量子力学的设备来模拟量子物理学，这是理查德·费曼（Richard Feynman）提出的一个概念，将是一种无与伦比的计算资源。然而，由于粒子统计学的原因，对费米子系统的通用量子模拟是令人生畏的，费曼留下了一个悬而未决的问题，即是否可以做到，因为需要非局域控制。在这里，我们实现费米相互作用与数字技术在超导电路。聚焦于哈伯德模型，我们进行了时间演化与恒定的相互作用，以及一个动态的相变与多达四个费米子模式编码在四个量子比特。实现的数字方法是通用的，并允许在任意空间维度的费米子的有效模拟。我们使用超过300个单量子位和双量子位门，并达到受门误差限制的全局精度。该演示突出了数字方法的可行性，并开辟了一条可行的途径，模拟-数字相互作用的费米子和玻色子在大规模固态系统的量子模拟。
2015-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
