Stabilizing multiple topological fermions on a quantum computer
在经典的和单粒子的设置，非平凡的带拓扑结构总是会产生强大的边界模式。然而，对于量子多体系统，多个拓扑费米子并不总是能够共存，因为泡利不相容阻止了额外的费米子占据有限数量的可用拓扑模式。在这项工作中，我们展示了，通过IBM量子计算机，如何可以通过专门设计的2-费米子相互作用鲁棒地稳定比拓扑模式的数量更多的费米子。我们的演示取决于在基于transmon的量子硬件上实现前所未有的复杂性的BDI和D类拓扑哈密顿算子，并且关键地依赖于超越传统trotterization的张量网络辅助电路重新编译方法。我们还通过迭代量子相位估计（IQPE）实现了多费米子拓扑能带结构的完全重建。总而言之，我们的工作展示了量子算法实现的进步如何使NISQ时代的量子计算机能够在单粒子拓扑不变量的背景下用于拓扑稳定。
2021-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.str-el
Bravyi-Kitaev Superfast simulation of fermions on a quantum computer
目前的量子计算机通常使用可区分的量子位作为其计算单元。为了模拟不可区分的费米子粒子，首先需要将费米子态映射到量子比特的状态。Bravyi-Kitaev Superfast（BKSF）算法可用于完成该映射。BKSF映射与量子纠错有关，并为在拓扑背景下理解费米模拟的新方法打开了大门。本文首次详细介绍了BKSF算法在分子模拟中的应用。我们提供了BKSF转换的量子位算子，并报告了我们在OpenFermion中实现的BKSF费米子到量子位转换。在氢分子的初步研究中，我们比较了BKSF，Jordan-Wigner和Bravyi-Kitaev变换下的Trotter近似。我们认为不同的顺序的指数项，并发现较低的Trotter错误比以前报道的约旦-维格纳和Bravyi-Kitaev算法。这些结果为进一步研究量子模拟的BKSF算法打开了大门。
2018-10-10 quant-ph
Casimir energy with chiral fermions on a quantum computer
本文讨论了在量子计算机上计算Casimir能量的方法。卡西米尔能量是在量子计算机上计算的理想量，因为存在短期混合经典量子算法来计算基态能量，并且卡西米尔能量在各种设置中给出了该量的物理含义。根据边界条件和是否是玻色子或费米子的领域，我们说明了如何卡西米尔能量计算可以在量子计算机上设置和计算使用变分量子本征求解器算法与IBM QISKit。我们比较了基于有限数量量子比特的晶格正则化的结果与自由玻色子场，自由费米子场和手征费米子场的连续计算。本文利用Bergman和Thorn提出的正则化方法计算了手征费米子的Casimir能量。我们展示了计算的准确性如何随量子比特的数量而变化。我们展示了量子计算机上用来表示哈密顿量的泡利项的数量如何与量子比特的数量成比例。我们讨论了量子计算机上的Casimir计算在宇宙学、纳米材料、弦模型、Kaluza Klein模型和暗能量中的应用。
2021-05-05 hep-th quant-ph
Imaginary-time nonuniform mesh method for solving the multidimensional Schrodinger equation: Fermionization and melting of quantum Lennard-Jones crystals
本文提出了一种时间非均匀网格方法，并用它计算了囚禁在一维谐振势中的五个强相互作用无自旋量子Lennard-Jones粒子的前50个本征态和能量。我们表明，使用定制的网格大大减少了对角化的哈密顿量所需的计算工作量，并在一个有利的缩放与维度的结果。这个强相互作用系统的玻色子和费米子对应物的解决方案，玻色子的情况下集群作为一个Tonks Girardeau晶体表现出费米子化的现象。用数值精确的激发态来描述该晶体在有限温度下的熔化。
2013-06-09 quant-ph
Solving a Maze With a Quantum Computer
众所周知，量子计算机有可能成为有史以来最强大的计算设备。这种新发现的能力来自量子并行效应，它允许计算机同时处于多个状态。量子并行的这种特性虽然适合处理诸如分解和搜索无组织数据库之类的常见问题，但非常适合处理解决二进制迷宫的任务。我提出了一个算法，可以用来解决量子计算机上的二进制迷宫，保证精度。虽然它确实有效，但它确实有一些挫折，因为迷宫必须没有缺陷，并且计算机需要的量子位数等于迷宫中的决策数加上决策的log 2。
2003-04-23 quant-ph
Fermion determinants on a quantum computer
提出一种量子算法，利用量子特征值变换和量子均值估计，在经典晶格规范场配置下计算费米子矩阵行列式的对数，查询复杂度为$O(V\log(V))$。
2024-07-18 hep-lat quant-ph
Solving Differential Equations via Continuous-Variable Quantum Computers
我们将探索连续变量（CV）量子计算机如何利用其固有的以qumode表示实数的能力来求解经典微分方程。具体来说，我们构建了变分CV量子线路[Killoran等人，物理学~修订版~研究1，033063（2019）]来近似一维常微分方程（ODE）的解，输入编码基于位移门，输出通过测量平均值。我们的模拟和参数优化使用PennyLane /草莓场框架表现出良好的收敛性，线性和非线性常微分方程。
2020-12-22 quant-ph
Solving nonlinear differential equations on noisy $156$-qubit quantum computers
ColibriTD；Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, UMR 6303 CNRS, University of Technology of Belfort-Montbéliard（勃艮第卡诺跨学科实验室，CNRS联合研究单位6303，贝尔福-蒙贝利亚尔理工大学）；Mathematics and Statistics Department, Auburn University（奥本大学数学与统计系）
本文提出了一种混合经典-量子算法H-DES，在噪声的156量子位量子计算机上成功求解了非线性微分方程，包括一维材料变形问题和无粘性伯格斯方程。
2026-02-10 quant-ph
Solving Random Satisfiability Problems with Quantum Computers
量子计算机算法可以利用随机可满足性问题的结构。本文扩展了以前的经验评估这样一个算法，并给出了一个近似的渐近分析占的平均值和变化的幅度之间的搜索状态具有相同的成本。分析预测良好的性能，平均而言，为各种问题，包括那些附近的相变与高浓度的硬情况。基于对小问题的经验评估，根据这种分析修改算法，提高了其性能。该算法对传统启发式算法GSAT和忽略问题结构的量子算法进行了改进。
2001-04-09 quant-ph
Low-depth circuit ansatz for preparing correlated fermionic states on a quantum computer
量子模拟必将成为近期量子计算机的主要应用之一。量子化学和凝聚态物理有望从这些技术发展中受益。已知几种量子模拟方法在量子计算机上制备状态并测量所需的可观测量。最节省资源的方法是变分量子本征求解器（VQE），它传统上采用幺正耦合团簇作为近似多体费米子哈密顿量的基态的近似。该方法的一个重要警告是，该过程的初始状态是一个单一的参考产品状态，没有从经典的Hartree-Fock计算提取的纠缠。在这项工作中，我们提出了一个更一般的费米高斯态，从核物理领域借用的想法，通过初始化算法的方法来改进。我们展示了如何用量子匹配门的线性深度电路来制备这种高斯参考态。通过增加最近邻相位耦合门的数目，我们得到了一个低深度的电路模拟器，它可以精确地制备相关费米子系统的基态。这将VQE的适用范围扩展到具有强配对关联的系统，如超导体，原子核和拓扑材料。
2018-01-03 quant-ph
Alleviating Post-Linearization Challenges for Solving Nonlinear Systems on a Quantum Computer
Canadian Quantum Research Center（加拿大量子研究中心）
本文提出利用Sigma基分解和单位化完成方法，在量子计算机上高效求解非线性系统。
2026-02-06 quant-ph
Systematic many-fermion Hamiltonian input scheme and spectral calculations on quantum computers
本文提出保留费米子反对易关系、粒子数变化及 Hamiltonian 对称性的二次量子化多费米子 Hamiltonian 输入方案，并构建混合量子-经典谱计算框架，给出电路与门成本，成功计算 ${^{42}}$Ca、${^{46}}$Ca 低激发谱。
2025-05-13 nucl-th quant-ph
Z3 gauge theory coupled to fermions and quantum computing
我们在量子计算机上用变分量子本征求解器（VQE）算法和IBM QISKit软件研究了含费米子的Z3规范理论。使用多达9个量子比特，我们能够获得准确的结果的基态能量。引入非零化学势，我们能够在量子计算机上确定有限密度的状态方程。我们讨论了可能实现的量子优势，这个系统在经典计算机方面的有限密度模拟和费米子符号问题。
2021-06-01 hep-th nucl-th quant-ph
Solving systems of linear equations on a quantum computer
线性方程组被用来模拟科学和工程各个领域的各种问题。最近，有研究表明量子计算机可以比经典计算机以指数速度求解线性系统，这是量子计算最有前途的应用之一。在这里，我们通过在光子量子计算架构上实现各种实例来演示这种量子算法。我们的实现涉及在同一对偏振编码量子比特上应用两个连续的纠缠门。我们实现了两个独立的控制非门，其中第一门的成功操作是由两个辅助光子的测量预示。因此，我们的工作表明，具有很高的实际意义，以及一个重要的技术进步，使我们更接近全面控制光子量子信息的量子算法的实施。
2013-02-05 quant-ph
Noise threshold and resource cost of fault-tolerant quantum computing with Majorana fermions in hybrid systems
研究了由Majorana费米子和拓扑无保护量子系统（如超导电路或量子点）组成的系统中的容错量子计算.拓扑无保护的量子系统引起的错误需要用纠错方案来纠正，例如，表面码。我们发现，这种混合拓扑量子计算机的纠错性能并不优于一个正常的量子计算机，除非马约拉纳费米子的拓扑电荷是不受噪声的影响。如果改变拓扑电荷的错误很少发生，那么容错阈值就比普通量子计算机的阈值高得多，并且表面编码逻辑量子比特可以仅用几十个拓扑量子比特来编码，而不是大约一千个普通量子比特。
2016-09-16 quant-ph
Unbiasing Fermionic Quantum Monte Carlo with a Quantum Computer
多电子问题在计算科学中提出了一些最大的挑战，在现代科学的许多领域都有重要的应用。费米量子蒙特卡罗（QMC）方法是解决这些问题的最有效的方法之一。然而，当使用约束控制费米符号问题时，它们可能会严重偏置，这是可扩展性所必需的。在这里，我们提出了一种方法，结合约束QMC与量子计算工具，以减少这种偏见。我们实验性地使用多达16个量子比特来实现我们的方案，以便在具有多达120个轨道的化学系统上进行无偏约束QMC计算。这些实验代表了在量子计算机上进行的最大规模的化学模拟（比以前的电子相关计算的规模增加了一倍多），同时获得了与最先进的经典方法相竞争的准确性。我们的结果表明，混合量子经典算法的一个新的范例，超过流行的变分量子本征求解器的潜在走向的第一个实用的量子优势在基态多电子计算。
2021-07-05 physics.chem-ph quant-ph
Quantum circuits for solving local fermion-to-qubit mappings
格点上费米子系统的局域哈密顿量可以映射到局域量子比特哈密顿量上。保持算子的局部性是以增加希尔伯特空间的辅助自由度为代价的。为了恢复代表费米子自由度的低维物理希尔伯特空间，必须满足一组约束。在这项工作中，我们介绍了量子线路，完全满足这些严格的约束。我们演示了如何保持局部性允许一个进行Trotterized的时间演化与恒定的电路深度每一个时间步。我们的构造特别有利于模拟d> 1维费米子系统的时间演化算符。我们还讨论了如何这些家庭的电路可以被用来作为变分量子态，集中在两种方法：第一个基于一般的常数费米子数门，和第二个基于哈密顿变分的anomaly的本征态是由参数化的时间演化算子。我们应用我们的方法的问题，找到基态和时间演化态的$t$-$V$模型。
2023-02-16 cond-mat.str-el quant-ph
Scalable Simulation of Fermionic Encoding Performance on Noisy Quantum Computers
Institute for Quantum Computing, University of Waterloo（量子计算研究所，滑铁卢大学）；David R. Cheriton School of Computer Science, University of Waterloo（大卫·R·切里顿计算机科学学院，滑铁卢大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Department of Physics and Astronomy, University of Waterloo（物理与天文学系，滑铁卢大学）
研究通过经典模拟比较了Derby-Klassen编码与Jordan-Wigner编码的性能，发现其高采样需求限制了在近期设备中的应用。
2026-02-26 quant-ph
Non-adiabatic quantum dynamics with fermionic subspace-expansion algorithms on quantum computers
本文提出结合量子子空间展开与最少切换面跳跃的激发态分子动力学框架，通过氢原子与氢分子碰撞反应模拟，证明只有同时捕捉强弱电子相关的方法才能正确描述非绝热效应。
2024-02-23 quant-ph
Solving generalized eigenvalue problems by ordinary differential equations on a quantum computer
在实际中出现的许多特征值问题通常具有广义形式$A\x=λB\x$。一个特别重要的情况是对称的，即$A, B$是埃尔米特的，而$B$是正定的。求解这类特征值问题的标准算法是将它们归结为厄米特特征值问题。在量子计算机中，量子相位估计是解决厄米特本征值问题的一种有效方法。在这项工作中，我们提出了一个新的量子算法的对称广义本征值问题使用常微分方程。该算法比基于量子相位估计的标准算法具有更低的复杂度。此外，它适用于比对称更广泛的情况：$B$是可逆的，$B^{-1}A$是对角化的，所有的特征值都是实数。
2021-10-19 cs.NA math.NA quant-ph
Quantum Algorithms for Fermionic Simulations
我们研究了在量子计算机上对费米子系统的模拟。我们详细展示了量子计算机如何避免这些系统的经典模拟中存在的动力学符号问题，从而将一个被认为是指数复杂性的问题减少到多项式复杂性。我们证明的关键是自旋粒子连接（或广义乔丹-维格纳变换），允许具有不同统计特性的算子的精确代数可逆映射。我们给出了一个简单的问题，使用基于标准量子位的量子计算机的显式实现。
2000-12-18 cond-mat hep-th quant-ph
Algorithm for initializing a generalized fermionic Gaussian state on a quantum computer
我们给出了Shi等人开发的变分方法的中心部分的显式表达式，该方法将在经典计算机上有效计算的变分波函数扩展到广义高斯态[1]。特别是，我们推导出迭代的分析表达式的产品的费米子创建和湮灭运营商在格拉斯曼变量自由表示的期望值的评估。利用这个结果，我们找到了一般费米子量子多体哈密顿量的能量泛函及其梯度的封闭表达式。我们提出了一个简单的基于梯度下降的算法，可以用作优化子程序结合虚构的时间演化，通过建设保证在每个迭代步骤中的能量单调下降。由于实现变分态Anomaly的量子线路的简单性，本文和文献[1]中讨论的算法的结果可以作为量子计算中改进的、超越平均场的初始态。[1]Tao Shi，Eugene Demler，and J.非高斯态费米子和玻色子系统的变分研究：理论与应用。Annals of Physics，390：245 - 302，2018.
2021-08-03 math-ph math.MP quant-ph
Lattice Experiments using Fermionic Operators and the Variational Eigensolver in a Quantum Computer
本文在 IBM 的 16 比特 Guadalupe 量子处理器上，利用 Qiskit 库设计并验证了抗噪且独立于格点顶点数的变分量子特征求解器（QVE），通过两种 Ising 模型测试并提供了完整的能量、精度等实验指标与源代码。
2023-05-18 quant-ph
Physically Motivated Ansatz for Open Fermionic Systems on Quantum Computer
State Key Laboratory of Precision and Intelligent Chemistry, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学精密与智能化学国家重点实验室）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
提出NE-UCC拟设，通过变分量子算法求解Lindblad主方程，在强关联非平衡态下比硬件高效拟设保真度提高十个数量级。
2026-07-10 quant-ph
Site-by-site quantum state preparation algorithm for preparing vacua of fermionic lattice field theories
探讨量子计算机能否有效地模拟量子场论具有理论和实践两方面的动机。从理论的角度来看，它回答了一个假设的计算机，利用量子场论是否会比其他量子计算机更强大的问题。从实用的角度来看，当可靠的量子计算机最终建成时，这些算法可以帮助我们更好地理解管理我们世界的底层物理。在模拟量子场论的最著名的量子算法中，时间标度由初态准备决定。在本文中，我们专门专注于状态准备，并提出了一个启发式算法，可以准备真空的费米子系统在更一般的情况下，比以前的方法更有效。使用我们的方法，状态准备不再是瓶颈，因为其运行时具有与模拟算法的其余部分相同的渐近缩放，具有所需的精度。我们数值证明了我们所提出的方法的有效性的1+1维Gross-Neveu模型。
2019-11-08 quant-ph
Boson-Sampling with non-interacting fermions
我们探讨了酉线性网络中的全同粒子表现为其他粒子的条件，即玻色子作为费米子和费米子作为玻色子。我们发现Aaronson & Arkhipov的玻色子取样计算机可以用于非相互作用费米子在适当纠缠态下的干涉实验。此外，提出了一个方案，它模拟散射版本的玻色子采样计算机准备，在飞行中，所需的纠缠态的费米子从一个未纠缠的。
2015-03-22 cond-mat.other cs.CC quant-ph
Five Starter Problems: Solving Quadratic Unconstrained Binary Optimization Models on Quantum Computers
本教程面向学生与行业从业者，介绍在IBM门电路架构与D-Wave量子退火机两类现有量子设备及模拟器上求解QUBO模型的方法，含实例、算法基础与实现指南，是量子求解复杂QUBO的入门资源。
2025-06-17 math.OC quant-ph
A linear response framework for simulating bosonic and fermionic correlation functions illustrated on quantum computers
响应函数是物理学的一个基本方面;它们代表了实验观测和基础量子多体状态之间的联系。然而，这种联系往往是低估，作为莱曼形式主义获得响应函数的线性响应没有直接联系的实验。在量子计算的背景下，通过使用线性响应框架，我们通过使实验成为量子模拟不可分割的一部分来恢复这种联系。这种方法可以是频率和动量选择性的，避免了对可以直接测量的算子的限制，并且是无辅助的。作为响应函数的典型例子，我们证明了玻色子格林函数和费米子格林函数都可以得到，并将这些思想应用于ibm_auckland上的电荷密度波材料的研究。线性响应方法为使用量子计算机研究物理和化学系统提供了一个强大的框架。它还提供了新的范例计算响应函数的经典计算机。
2023-02-20 cond-mat.str-el math-ph math.MP
Towards solving the BCS Hamiltonian gap in Near-Term Quantum Computers
在这项工作中，使用NISQ框架，我们得到了BCS哈密顿量的间隙。这可能会对超导研究产生有趣的影响。对于这样的任务，我们选择使用变分量子紧缩，并分析在当前量子硬件上找到能谱所需的硬件限制。我们还比较了两种不同的经典优化，约束优化线性逼近（COBYLA）和同时扰动随机逼近（SPSA），并研究了在实际设备中使用模拟时，噪声的存在所造成的退相干的影响。我们实现了一个系统的2和5量子比特的方法。此外，我们展示了如何在一个标准差内近似间隙，即使存在噪声。
2022-12-01 quant-ph
High order schemes for solving partial differential equations on a quantum computer
本文提出一种将 $d$-带对角矩阵分解为对易泡利字符串集合的方法，用于优化量子计算机求解偏微分方程的门数量，并通过一维波动方程数值模拟证明高阶方法能减少量子比特需求但不减少Trotter步数。
2024-12-26 cs.ET quant-ph
Solving Combinatorial Optimization Problems on a Photonic Quantum Computer
本文研究光子量子计算求解组合优化问题，概述了针对不同量子架构的算法，并在8量子模式设备上通过实验与模拟验证了其在 Max-Cut 和作业车间调度等问题上的性能。
2024-09-19 cs.PF quant-ph
Driven-dissipative quantum mechanics on a lattice: Simulating a fermionic reservoir on a quantum computer
受驱耗散多体问题是量子力学中最具挑战性的未解决问题之一。量子计算机的出现可以为有效地模拟这种驱动耗散系统提供独特的平台。但是，如何设计水库有很多选择。人们可以简单地使用辅助量子比特作为水库，然后通过算法冷却来数字模拟它们。一个更有吸引力的方法，它允许人们模拟一个无限的水库，是整合出浴自由度，并通过主方程描述驱动耗散系统，这也可以在量子计算机上模拟。在这项工作中，我们考虑的特殊情况下，非相互作用的电子的晶格驱动的电场和耦合到一个费米子恒温器。然后，我们提供了两个不同的量子线路：第一个重建的完整的动力学系统使用Trotter步骤，而第二个耗散准备最终的非平衡稳态在一个单一的步骤。我们在IBM量子体验上运行这两个电路。对于电路（i），我们实现了多达5个Trotter步骤。当部分重置在量子计算机上可用时，我们预计最大模拟时间可以显着增加。这里开发的方法建议的概括，可以应用于模拟相互作用的驱动耗散系统。
2020-08-17 cond-mat.str-el quant-ph
Solving machine learning optimization problems using quantum computers
U.S. Army Research Laboratory（美国陆军研究实验室）；U.S. Military Academy（美国军事学院）；Army Cyber Institute（陆军网络研究所）
机器学习中的经典优化算法在应用于多维问题时通常需要很长的计算时间，并且需要大量的CPU和GPU资源。量子并行有可能加速机器学习算法。我们描述了一个通用的数学模型来利用量子并行来加速机器学习算法。我们还将量子机器学习和量子并行应用于随时间变化的$3$维图像。
2019-11-17 cs.LG quant-ph stat.ML
Quantum Algorithms for Solving Ordinary Differential Equations via Classical Integration Methods
识别适合（未来）量子计算机的计算任务是一个活跃的研究领域。在这里，我们将探讨利用量子计算机来求解微分方程。我们考虑两种方法：（i）在数字量子计算机上进行基编码和定点运算，以及（ii）将高阶龙格-库塔方法表示和求解为量子退火机上的优化问题。作为二维线性常微分方程的实现，我们设计并模拟了相应的数字量子线路，并在D-Wave 2000 Q系统上实现并运行了6 $^{\mathrm{th}}$阶Gauss-Legendre配置方法，结果与参考解吻合良好。我们发现，量子退火方法表现出最大的潜力，高阶隐式积分方法。作为一种有希望的未来方案，数字算术方法可以被用作反问题的量子搜索算法中的“神谕”。
2021-07-12 quant-ph
Clifford Volume and Free Fermion Volume: Complementary Scalable Benchmarks for Quantum Computers
HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利科学院维格纳物理研究中心）；Eötvös Loránd University（厄特沃什·罗兰大学）；University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Alpine Quantum Technologies GmbH（阿尔卑斯量子技术有限责任公司）；QTF Centre of Excellence, Department of Physics, University of Helsinki（赫尔辛基大学物理系量子技术卓越中心）；Algorithmiq Ltd.（Algorithmiq有限公司）
提出Clifford体积和自由费米子体积两种基准，通过随机Clifford和自由费米子操作测试量子硬件，实现可扩展、平台无关的经典可验证性能评估。
2026-06-24 quant-ph
An adaptive quantum approximate optimization algorithm for solving combinatorial problems on a quantum computer
量子近似优化算法（QAOA）是一种求解组合优化问题的混合变分量子-经典算法。虽然有证据表明标准QAOA的固定形式不是最佳的，但没有系统的方法来找到更好的ansätze。我们解决这个问题，通过开发一个迭代版本的QAOA是问题量身定制的，也可以适应特定的硬件约束。我们模拟算法的一类最大割图问题，并表明它的收敛速度比标准QAOA，同时减少所需的CNOT门和优化参数的数量。我们提供的证据表明，这种加速是连接到绝热性的捷径的概念。
2022-07-07 quant-ph
Resource-Optimized Fermionic Local-Hamiltonian Simulation on Quantum Computer for Quantum Chemistry
在量子计算机上模拟费米子系统的能力预计将彻底改变化学工程，材料设计，核物理，仅举几例。因此，优化模拟电路对于利用量子计算机的能力具有重要意义。在这里，我们从两个方面来解决这个问题。在容错机制中，我们优化了$\rzgate$和$\tgate$门计数以及所需的辅助量子比特计数，假设使用乘积公式算法来实现。我们获得了一个节省率为2的门计数和节省率为11的辅助量子比特的数量所需的国家的最先进的。在前容错制度，我们优化了两个量子比特的门计数，假设使用的变分量子本征求解器（VQE）的方法。具体到后者，我们提出了一个框架，使引导的VQE进展对费米系统的基态能量的收敛。这个框架，基于微扰理论，是能够改善的能量估计在每个周期的VQE进展，由约三个因素更接近已知的基态能量相比，标准的VQE方法在测试台，经典的水分子系统。改进的能量估计又导致量子资源的相应水平的节省，诸如量子比特和量子门的数量，其需要在与已知基态能量的预定容限内。我们还探讨了一套广义变换的费米子量子比特运营商，并表明，资源需求节省高达$20\%$以上，在小的情况下，是可能的。
2021-07-21 cs.ET quant-ph
Solving Fractional Differential Equations on a Quantum Computer: A Variational Approach
本研究提出一种求解Caputo时间分数阶偏微分方程的变分混合量子-经典算法，采用含重叠历史态线性组合的可迭代代价函数，在时间、内存效率及保真度等方面表现优异，并通过多类工程方程与噪声硬件实验验证了实用性。
2024-06-13 quant-ph
Divergence-free algorithms for solving nonlinear differential equations on quantum computers
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）
本文提出在量子计算机上求解非线性微分方程的无发散算法，通过引入pivot状态并进行Carleman线性化，突破理论进化时间限制。
2024-11-25 quant-ph
Accelerating Fermionic System Simulation on Quantum Computers
针对费米子 Hamiltonian 项数达 O(N^4) 导致模拟开销过大的问题，提出对易分组与并行演化及测量策略，将总时间降低 N^3 倍。
2025-05-13 physics.chem-ph quant-ph
Experimental Realization of a One-way Quantum Computer Algorithm Solving Simon's Problem
我们报告了一个实验演示的单向实现的量子算法解决西蒙的问题-一个黑箱周期发现的问题，它有一个指数差距之间的经典和量子运行时间。使用全光学设置并修改五量子比特簇状态上的单量子比特测量的基础，可以查询和解决逻辑两量子比特版本的黑盒的关键代表功能。据我们所知，这项工作代表了解决西蒙问题的量子算法的第一个实验实现。实验结果与理论模型吻合较好，证明了算法的成功性能。为了扩展到更大数量的量子位，我们分析了n量子位版本的资源需求。这项工作有助于突出单向量子计算如何提供一个实际的路线，实验调查量子经典的差距在查询复杂性模型。
2014-10-14 physics.optics quant-ph
Improving the trainability of VQE on NISQ computers for solving portfolio optimization using convex interpolation
Origin Quantum Computing Company Limited（本源量子计算科技有限责任公司）；Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息实验室）；Department of Electronic Information and Artificial Intelligence, West Anhui University（皖西大学电子信息与人工智能学院）；College of Physics and Optoelectronic Engineering, Ocean University of China（中国海洋大学物理与电子工程学院）；Institute of Artificial Intelligence, Hefei Comprehensive National Science Center（合肥综合性国家科学中心人工智能研究院）；Anhui Province Key Laboratory of Quantum Network, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学安徽省量子网络重点实验室）
本文利用凸插值改进变分量子本征求解器（VQE）的可训练性，通过近解初始化、正则代价函数景观和递归拟设平衡分区策略，在仅用10个超导量子比特实现40量子比特实验，并融合贪心算法实现全局与局部优化的互补。
2026-01-20 quant-ph
Probing the Kitaev honeycomb model on a neutral-atom quantum computer
本研究在中性原子量子计算机上实现二维费米子系统的数字量子模拟，利用Kitaev蜂窝模型映射制备拓扑态并验证非阿贝尔自旋液体，为复杂费米子系统模拟奠定基础。
2025-10-06 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Solving hadron structures using the basis light-front quantization approach on quantum computers
量子计算通过在非相对论量子多体理论中获得前沿解，已经证明了彻底改变我们对核、原子和分子结构的理解的潜力。在这项工作中，我们表明，量子计算可以用来解决强子的结构，由强相互作用的相对论量子场论。在非微扰哈密顿体系中，我们将轻无味介子作为相对论性束缚态问题进行了研究，并利用基光阵面量子化（BLFQ）方法对模拟量子器件进行了数值计算.我们实现并比较了变分量子本征求解器（VQE）和子空间搜索变分量子本征求解器（SSVQE），分别从理想模拟器、噪声模拟器和IBM量子计算机中找到了轻介子系统的低质量谱及其相应的光前波函数作为量子态.基于得到的量子态，我们直接在量子线路上计算了介子衰变常数和部分子分布函数。我们的量子计算机和模拟器上的计算是在合理的协议与经典计算机上解决的精确的数值解时，噪声是适度的小，我们的整体结果与现有的实验数据是可比的。
2022-10-31 nucl-th quant-ph
A recipe for local simulation of strongly-correlated fermionic matter on quantum computers: the 2D Fermi-Hubbard model
本文提出一种仅用局域操作在量子计算机上模拟二维Fermi-Hubbard模型的逐步配方，涵盖嵌入、初态制备、时间演化与测量，并计算了量子淬火的资源需求。
2025-10-17 cond-mat.str-el quant-ph
Machine learning on quantum experimental data toward solving quantum many-body problems
该研究将经典机器学习与量子实验数据结合，在127量子比特硬件上降噪后，成功预测基态性质并分类量子相，验证了方法在44量子比特系统中的可扩展性。
2023-10-30 quant-ph
Solving the Nonlinear Vlasov Equation on a Quantum Computer
University of Warwick（华威大学）；University of Oxford（牛津大学）；Imperial College London（伦敦帝国学院）
本文探究基于卡尔曼线性化的量子算法求解带克鲁克型碰撞项的非线性静电弗拉索夫方程的适用性，推导其复杂度上界，发现其复杂度高于经典算法，且收敛准则对等离子体应用有严格限制。
2026-09-04 physics.plasm-ph quant-ph
Solving nonlinear differential equations on Quantum Computers: A Fokker-Planck approach
本文提出借助 Fokker-Planck 方程将非线性动力系统转化为线性系统，并结合三种量子积分策略求解，模拟结果与经典基准解高度一致。
2024-01-24 nlin.CD physics.comp-ph quant-ph
Optimizing qubit resources for quantum chemistry simulations in second quantization on a quantum computer
量子计算机上的量子化学模拟遭受在量子比特的玻色子系统中编码费米子问题所需的开销。通过利用块对角的费米子哈密顿量，我们表明，所需的量子比特的数量可以减少两个或更多的因素。不需要进入希尔伯特空间的基来进行这种简化，因为所有的运算都可以在算子空间中进行。该方案被认为是一个预计算步骤，将在实际的量子模拟之前在经典计算机上执行。我们应用这个方案来减少模拟两个站点的费米-哈伯德模型和氢分子的哈密顿量所需的量子位数。然后，这两个量子系统都可以用双量子比特量子计算机来模拟。
2016-05-11 quant-ph
Response of strongly coupled fermions on classical and quantum computers
本文针对中重核宽能区核响应光谱学精度计算难题，提出经典高复杂度组态计算方法并首次计算120Sn偶极响应，同时给出具有量子优势的算法，在Lipkin模型上揭示强耦合集体性涌现。
2024-05-03 nucl-ex nucl-th quant-ph
Reducing the qubit requirement of Jordan-Wigner encodings of $N$-mode, $K$-fermion systems from $N$ to $\lceil \log_2 {N \choose K} \rceil$
本文针对粒子数守恒的 $N$ 模式、$K$ 费米子系统，证明可将 Jordan-Wigner 编码所需量子比特数压缩至信息论下限 $\lceil \log_2 {N \choose K} \rceil$，从而提升近期量子硬件模拟分子与多体系统的可行性。
2023-08-15 quant-ph
Quantum simulation and circuit design for solving multidimensional Poisson equations
许多方法通过使用网格技术在每个维度上离散问题来求解泊松方程。这些算法中的大多数都受到维数灾难的影响，因此它们需要指数运行时间。在论文“量子算法和电路设计解决泊松方程”中，量子算法在polylog时间内运行，以产生代表泊松方程解的量子状态。本文在经典计算机上对基于该算法的扩展电路设计进行了量子模拟。我们的目的是测试一个有效的电路设计，可以打破量子计算机上的维数灾难。由于希尔伯特空间的指数上升，这种设计在少量量子位上进行了优化。我们使用微软的量子开发工具包及其理想量子计算机的模拟器来验证该算法的正确性。
2020-06-16 cs.ET quant-ph
Quantum Annealing-Based Software Components: An Experimental Case Study with SAT Solving
量子计算机有可能比经典计算机更有效地解决问题。虽然第一个商业原型已经可用，但这种机器在实际应用中的性能仍有待探索。量子计算机不会完全取代经典计算机，而是作为特定问题的加速器。这需要将量子计算原语集成到现有的应用程序中。在本文中，我们进行了一个案例研究如何增强现有的软件与量子计算原语的布尔可满足性问题（SAT）实现使用量子退火（QA）。我们讨论了量子组件的相关质量措施，并表明，数学上等价的，但结构上不同的方式转换SAT的QA可能会导致这些品质的实质性差异。我们认为，工程师需要意识到（以及哪些）细节，尽管它们在传统的软件工程中可能不太相关，但在量子计算中需要相当多的关注。
2020-05-11 cs.ET quant-ph
Solving the quantum search problem in polynomial time on an NMR quantum computer
量子搜索问题是一个重要的问题，因为一般的NP问题可以有效地解决一个unsorted量子搜索算法。这里已经表明，量子搜索问题可以在NMR量子计算机上在多项式时间内解决。NMR系综量子计算是基于量子力学幺正动力学，即封闭量子系统和它的系综都服从同一个量子力学幺正动力学，而不是基于经典NMR量子计算的伪纯态或有效纯态。基于这一新原理，我们发展了常规的NMR多量子谱，从实验上解决了搜索问题。首先将搜索问题的解信息加载到由预言机幺正操作和预言机无关幺正操作构造的幺正演化传播子上，用于激发自旋系综中的多重量子相干性.然后利用多量子光谱技术从实验上提取溶液信息.讨论了如何增强量子搜索核磁共振多量子脉冲序列的输出信号，并提出了一些增强核磁共振信号的方法。本文的工作将有助于常规高场核磁共振机有效地解决量子搜索问题。
2002-06-16 quant-ph
