Simulating unsteady fluid flows on a superconducting quantum processor
该研究利用超导量子处理器,基于薛定谔方程流体力学形式的哈密顿模拟算法,实验实现了对二维非定常流动的数字模拟,展示了量子计算在模拟复杂流体动力学方面的实用潜力。
2024-04-24 physics.flu-dyn quant-ph
Quantum computing for fluids: where do we stand?
本文以教学方式综述了经典流体模拟的量子计算算法现状,并分析不同策略的优缺点。
2023-07-11 physics.comp-ph quant-ph
Simulating non-trivial incompressible flows with a quantum lattice Boltzmann algorithm
Airbus Operations Ltd(空中客车运营有限公司)
本文提出了一种量子格子玻尔兹曼算法,用于模拟非平凡不可压缩流体,通过引入边界条件和外部驱动力,验证了算法的准确性和量子优势。
2025-12-05 physics.flu-dyn quant-ph
Technical report on a quantum-inspired solver for simulating compressible flows
本文提出一种基于张量网络的量子启发求解器,用于二维欧拉方程,在时间和内存上随网格规模多对数级扩展,为解决计算流体动力学中的维度灾难提供了新途径。
2025-06-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn quant-ph
Hybrid quantum-classical reservoir computing for simulating chaotic systems
提出混合量子储备池计算(HQRC)框架,用量子电路替代传统储备池以编码复杂动力学,在Lorenz63和双涡卷混沌系统中实现了与先进经典模型相当的预测性能。
2024-04-24 quant-ph
Quantum computing for simulation of fluid dynamics
本文以教学方式介绍用于经典流体模拟的量子计算算法,重点阐述 Carleman-Lattice Boltzmann 方法。
2024-01-13 physics.flu-dyn quant-ph
Inefficiency of classically simulating linear optical quantum computing with Fock-state inputs
Aaronson和Arkhipov最近使用计算复杂性理论来论证经典计算机很可能无法有效地模拟具有任意Fock状态输入的线性、多模、量子光学干涉仪[Aaronson和Arkhipov,Theory Comput. 9,143(2013)]。在这里,我们提出了一个基本的论点,只利用量子光学技术。我们明确地构建这样的干涉仪的希尔伯特空间,并表明其尺寸与所有的物理资源呈指数级。我们还用一个简单的例子说明了量子理论的薛定谔和海森堡图像虽然在数学上等价,但在计算上一般是不等价的。最后,我们得出结论,我们的论点通过比较多粒子玻色子费米干涉仪的对称性要求,并使用简单的物理推理,连接的nonsimulatability的玻色子设备的计算永久的一个大矩阵的复杂性。
2014-02-18 quant-ph
Simulating thermodynamic properties of dinuclear metal complexes using Variational Quantum Algorithms
本文评估变分量子算法在双核金属配合物热力学模拟中的应用,证明其可有效模拟热态并分析低维分子磁性系统,为量子计算赋能材料科学奠定基础。
2024-10-25 quant-ph
Quantum computing of fluid dynamics using the hydrodynamic Schrödinger equation
提出基于流体动力学薛定谔方程的量子计算框架,通过推广Madelung变换处理可压缩/不可压缩流动,并开发预测-校正量子算法在Qiskit上实现指数级加速。
2023-02-20 physics.flu-dyn quant-ph
Potential quantum advantage for simulation of fluid dynamics
本文通过重新表述格子Boltzmann方程的非线性项并结合低阶Carleman线性化,证明利用量子算法模拟湍流Navier-Stokes方程的代价随系统规模呈对数增长,而经典算法为多项式增长,从而揭示了流体动力学模拟中潜在的指数级量子优势。
2024-03-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn quant-ph
Subspace-selective unitary manipulation based on the Hilbert-space symmetric structures in the multiple-quantum operator algebra spaces in the quantum-computing speedup theory
本文通过研究多量子算子代数空间与希尔伯特空间对称结构的关系,提出子空间选择性酉操作,以利用量子计算加速资源加速量子计算与模拟。
2026-06-03 cond-mat.dis-nn hep-th physics.comp-ph
Tensor Networks for Simulating Quantum Circuits on FPGAs
当今量子计算的大多数研究都是针对量子计算机的模拟而不是真正的量子计算机进行的。模拟量子计算机需要将对应于量子门的所有么正算符实现为张量。对于大量的量子位,为这些模拟执行张量乘法变得相当昂贵,因为$N$量子位门对应于$2^{N}$维张量。加速这种模拟的一种方式是使用现场可编程门阵列(FPGA)硬件来有效地计算矩阵乘法。虽然FPGA可以有效地执行张量乘法,但它们是存储器受限的,具有相对较小的块随机存取存储器。潜在地减少量子计算系统的存储器占用的一种方式是将其表示为张量网络;张量网络是用于表示张量的组成的形式体系,其中经济的张量收缩很容易识别。因此,我们探索张量网络作为一种手段,以减少量子计算系统的内存占用和广泛加速模拟这样的系统。
2021-08-15 cs.ET quant-ph
Simulating Gaussian Boson Sampling with Tensor Networks in the Heisenberg picture
本文提出在海森堡绘景中用张量网络时间演化计算高斯玻色采样概率分布的新方法,突破非均匀光子损耗模拟限制,拓展了数值可模拟性边界。
2024-02-26 quant-ph
Efficient techniques to GPU Accelerations of Multi-Shot Quantum Computing Simulations
本文针对 GPU 上多 shot 量子计算模拟效率低的问题,提出将多个 shot 聚合到单个 GPU 内核并引入 shot 分支减少计算与内存开销的优化方法,相比此前实现实现了 10 倍加速。
2023-08-07 cs.DC quant-ph
Quantum Carleman Linearization of the Lattice Boltzmann Equation with Boundary Conditions
本文提出带边界条件的格子Boltzmann方程量子Carleman线性化方法,采用BGK平衡函数与反弹格式,并经矩形棱柱绕流验证其精度及加速潜力。
2024-03-02 physics.flu-dyn quant-ph
Modeling and Simulating Rydberg Atom Quantum Computers for Hardware-Software Co-design with PachinQo
针对里德堡原子分区寻址架构仅适配单类量子算法的问题,提出PachinQo框架实现架构与编译的软硬件协同设计,可在易出错量子环境中将量子算法成功概率平均提升45%。
2024-12-10 cs.ET quant-ph
Simulating thermal qubits through thermofield dynamics
本文提出在量子计算环境中利用热场动力学(TFD)和 Bogoliubov 变换构建并模拟热量子比特,为教学提供直观方法。
2023-12-10 hep-th quant-ph
Simulating quantum field theories on continuous-variable quantum computers
本研究提出基于光子的连续变量量子计算方法,通过构建演化器态、结合机器学习增强的非高斯操作实现任意哈密顿量下的量子态时间演化,并拓展出无需离散化场值的量子场论模拟框架,开辟了新研究方向。
2024-07-10 hep-ph hep-th quant-ph
Simulating Quantum Computations with Tutte Polynomials
建立了一个精确计算量子概率幅的经典启发式算法。我们的算法是基于映射的输出概率幅的量子线路图拟阵的Tutte多项式的评价。该算法评估Tutte多项式递归使用删除收缩属性,同时试图利用拟阵的结构特性。我们考虑我们的算法的几个变化,并提出了实验结果比较其性能的两类随机量子线路。此外,我们得到了一个显式形式的Clifford电路振幅的拟阵不变量和另一种有效的经典算法计算的Clifford电路的输出概率幅。
2021-09-25 cs.CC cs.DS math.CO
Simulating Quantum Computers Using OpenCL
量子计算是一项新兴技术,有望实现计算模式的转变,并允许在许多不同的问题中加速。然而,量子设备仍处于早期阶段,大多数只有少量量子比特。这依赖于模拟来开发量子算法并验证这些设备。虽然存在许多用于量子线路仿真的算法,但是(在撰写本文时)没有使用OpenCL来并行化该仿真的工具,从而在保持便携性的同时利用诸如GPU之类的设备。在本文中,这样的工具,包括优化领域,如门应用。这导致了一种新的方法,优于其他流行的基于状态向量的模拟器。所提出的模拟器的实现可在https://qcgpu.github.io上获得。
2018-11-07 quant-ph
Superdiffusion of vortices in two-component quantum fluids of light
针对双组分光量子流体中杂质完整量子动力学未被研究的问题,本文数值模拟具有Bogoliubov谱密度噪声中的涡旋状杂质,证明涡旋发生超扩散,并以点状粒子布朗运动理论加以支持。
2023-12-11 cond-mat.other cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Neural-network states for the classical simulation of quantum computing
用经典资源模拟量子算法通常需要指数资源。然而,启发式的经典方法往往是非常有效的近似模拟特殊的电路结构,例如有限的纠缠,或基于一维几何形状。本文介绍了一种基于神经网络量子态(NQS)表示的一般量子线路模拟的经典方法。考虑到一组通用的量子门,我们推导出规则,精确地应用单量子比特和双量子比特的Z旋转NQS,而我们提供了一个学习计划,以近似阿达玛门的行动。结果示出的Hadamard和傅立叶变换的纠缠初始状态的系统大小和总电路深度超过目前可以模拟与国家的最先进的蛮力技术。基于限制玻尔兹曼机的神经网络状态的整体精度是令人满意的,并提供了一个经典的路线来模拟高度纠缠的电路。在考虑的测试情况下,我们发现,我们的经典模拟是量子模拟的影响,在硬件中的非相干噪声水平约$10^{-3}$每门。
2018-08-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas physics.comp-ph
Simulating the Sycamore quantum supremacy circuits
提出了一种模拟量子线路的通用张量网络方法。该方法在计算大量相关位串幅度和概率方面比现有方法更有效。作为一个应用,我们研究了谷歌的Sycamore电路的采样问题,这些电路被认为是经典超级计算机无法企及的,并已被用来证明量子霸权。使用我们的方法,采用包含60个图形处理单元(GPU)的小型计算集群,我们已经从具有53个量子位和20个周期的Sycamore电路中生成了100万个相关位串,其中一些条目是固定的,线性交叉熵基准(XEB)保真度等于0.739,这远远高于Google的量子霸权实验。
2021-03-04 physics.comp-ph quant-ph
Pushing the Limits of Quantum Computing for Simulating PFAS Chemistry
本文构建集成HPC模拟器与IonQ Aria囚禁离子量子计算机的端到端VQE流水线,模拟PFAS中TFA的碳—氟键断裂,11量子比特模型达到毫Hartree精度。
2023-11-02 cs.CE quant-ph
A modular quantum-classical framework for simulating chemical reaction pathways accurately
近年来,利用量子-经典混合计算体系精确模拟小分子的基态能量及其势能面的研究取得了很大进展。虽然这些单点能量计算是量子硬件上量子化学模拟的重要里程碑,但同样重要的应用是精确追踪各种化学转化的反应途径。这样的计算需要精确地确定平衡或最低能量分子几何形状,或者通过计算相对于分子的核坐标的能量梯度,或者通过分子构型的微扰畸变。本文提出了一个模块化的量子-经典混合框架,用于精确模拟各种分子反应的化学反应途径。我们证明了我们的框架,准确地跟踪异构化途径的有机小分子。这个框架现在可以很容易地应用于研究制药和化学工业中的其他“活性”分子。
2022-10-17 physics.chem-ph quant-ph
Quantum simulating an experiment: Light interference from single ions and their mirror images
我们通过引入用于相干光-物质相互作用的数字量子模拟方法来拓宽量子计算的应用范围:我们模拟了一个实验,其中来自单个离子的发射光干扰其镜像[Reynner et.例如,Nature 431,495(2001)]。利用量子模拟软件q1 tsim,我们精确地再现了实验上观察到的干涉图样,并给出了反射镜位置对离子自发发射率的影响。为了最小化所需的量子位数,我们实现了量子位重新初始化技术。我们表明,在原子和量子物理学的复杂实验的数字量子模拟是可行的,不超过7个量子位,这是先进的量子计算平台触手可及的设置。
2019-05-13 quant-ph
Quantum Computing with Global One-and Two-Qubit Gates
我们提出了广义和改进的构造,用于模拟量子计算机,在由量子位组成的晶格上具有多项式减速,可以执行某些全局版本的一个和两个量子位操作。
2007-03-08 quant-ph
AriaQuanta: A Quantum Software for Quantum Computing
本文介绍开源量子软件 AriaQuanta,它集量子电路设计、模拟与实现于一体,支持变分量子算法和噪声模拟,并通过大量数值实验验证了其高性能。
2025-04-08 quant-ph
A Quantum Computing Approach to Simulating Corrosion Inhibition
本文构建融合DFT、机器学习势与ADAPT-VQE的混合量子-经典工作流,模拟Al111表面三唑类缓蚀剂吸附,验证结合能、精度与5至6倍加速,并展示其可迁移性。
2024-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Impossibility of Classically Simulating One-Clean-Qubit Computation
单量子比特确定性量子计算(DQC 1)是一种受限的量子计算模型,其输入态是除单个干净量子比特外的完全混合态,并且在计算结束时仅测量单个输出量子比特。证明了量子计算对DQC 1模型的限制不会改变复杂性类NQP和SBQP。作为一个主要的结果,它遵循的DQC 1模型不能有效地模拟经典计算机,除非多项式时间层次崩溃到第二个层次(更准确地说,AM),这回答了长期以来的开放问题提出的Knill和Laflamme下非常合理的复杂性假设。本文中的论点也削弱了复杂性假设所必需的现有的不可能性结果的各种亚通用的量子计算模型,如IQP模型和玻色子采样的经典模拟。
2015-02-26 cs.CC quant-ph
Hybrid Quantum Algorithm for Simulating Real-Time Thermal Correlation Functions
本文提出混合hPIMC算法,结合经典Feynman-Vernon耗散模拟、量子计算机短时传播子计算、PITE与低深度DVR电路,实现实时量子热关联函数的量子加速计算,并通过质子转移反应验证。
2025-06-11 physics.chem-ph quant-ph
Simulating highly nonlocal Hamiltonians with less nonlocal Hamiltonians
在量子计算的各种应用中出现了对具有多体相互作用的哈密顿量的需要。然而,超越两体的相互作用很难在实验上实现。微扰小工具被引入,以获得任意的多体有效的相互作用,使用哈密顿与两体相互作用。虽然对任意的$k$ -物体相互作用都有效,但它们的使用仅限于小的$k$,因为相互作用的强度在微扰论中是$k$的第阶。在本文中,我们开发了一种非微扰技术,用于获得有效的$k$体相互作用使用的哈密顿量组成的最多$l$体相互作用与$l<k$。这种技术最适合于与非常大的$k$有一些相互作用的哈密顿算子,并且可以与微扰小工具一起使用,以将相当复杂的哈密顿算子嵌入到两个局部哈密顿算子的适当子空间中。我们描述了我们的技术如何可以实现在一个混合(基于门和绝热),以及单独的绝热量子计算计划。
2016-01-12 quant-ph
Simulating quantum dynamics: Evolution of algorithms in the HPC context
由于它所处理的系统和过程的复杂性,计算量子物理的发展受到计算技术进步的影响。在这里,我们概述了从20世纪80年代末到2020年的演变,用于模拟量子系统动力学的算法。我们把重点放在实施方面和计算资源的缩放模型的大小和传播时间。我们的小型审查是基于文献调查和我们的经验,在实现不同类型的算法。
2020-08-20 quant-ph
Qymera: Simulating Quantum Circuits using RDBMS
本文提出 Qymera 系统,将量子电路转换为 SQL 查询以利用 RDBMS 原生执行模拟,并通过图形界面、代码接口和基准测试框架支持开发、比较与教学。
2025-06-10 cs.DB cs.ET quant-ph
Simulation of chemical reaction dynamics based on quantum computing
虽然量子计算机已经成功地计算了化学体系的分子能量,但在实际应用中,特别是在催化剂设计、材料合成等方面,人们对化学反应的动力学过程的研究还不够深入。由于受噪声中尺度量子器件性能的限制,直接模拟反应动力学和确定反应途径仍然是一个挑战。在此,我们发展了基于量子计算的从头算分子动力学,通过扩展相关采样方法来模拟反应动力学。并且,我们使用这种方法来计算Hessian矩阵和评估计算资源。我们通过模拟氢交换反应和双分子亲核取代SN2反应来测试我们的方法的性能。我们的结果表明,利用量子计算表征分子的结构、性质和反应活性是可靠的,这是量子计算应用的又一重要拓展
2023-03-27 physics.chem-ph quant-ph
Simulating quantum chemistry in the seniority-zero space on qubit-based quantum computers
精确的量子化学模拟仍然具有挑战性的经典计算机上的问题,工业相关的规模和有理由希望,量子计算可能有助于推动什么是技术上可行的边界。虽然变分量子本征求解器(VQE)算法已经可以将有噪声的中间尺度量子(NISQ)设备变成有用的机器,但人们必须尽一切努力尽可能有效地使用稀缺的量子资源。我们结合了所谓的资深零,或配对电子,近似计算量子化学与技术模拟分子化学门为基础的量子计算机,并获得一个非常资源有效的量子模拟算法。虽然通过配对电子近似失去了一些准确性,但我们表明,使用释放的量子资源来增加基组可以导致更准确的结果,并将所需的量子计算运行次数减少几个数量级,已经用于像氢化锂这样的简单系统。我们还讨论了一个错误缓解计划的基础上后选择,显示出一个有吸引力的缩放时,考虑给定的哈密顿格式,增加其NISQ实现的可行性。
2020-11-30 quant-ph
The foundational value of quantum computing for classical fluids
本文提出量子算法为经典流体问题提供新视角,通过CLB示例阐明量子力学基础,特别是多体薛定谔方程在大粒子数极限下的有效性。
2025-10-10 quant-ph
Quantum flow algorithms for simulating many-body systems on quantum computers
本文提出量子流(QFlow)算法,通过降维活性空间中的耦合特征值问题采样希尔伯特空间,在保持恒定电路深度和量子比特数的同时显著降低电路复杂度并优化波函数参数数量。
2023-08-08 quant-ph
Efficient quantum algorithms for simulating sparse Hamiltonians
我们提出了一个有效的量子算法来模拟稀疏哈密顿量H在给定时间t的演化过程中计算H的矩阵元素。特别地,当H作用于n个量子位,在每行/列中具有至多恒定数量的非零条目,并且|H|由常数限制时,我们可以选择任何正整数$k$,使得模拟需要O((\log^* n)t^{1+1/2k})访问H的矩阵条目。我们表明,时间缩放不能显着改善超出此,因为次线性时间缩放是不可能的。
2006-02-08 quant-ph
Simulating photon counting from dynamic quantum emitters by exploiting zero-photon measurements
本研究提出利用零光子测量信息实现光子计数模拟指数级加速,大幅提升六光子探测概率计算效率与精度,可助力量子光源设计并建立量子比特动态相互作用的通用研究框架。
2023-10-06 quant-ph
Quantum Computing Simulation Optimizations and Operational Errors on Various 2-qubit Multiplier Circuits
由于模拟量子计算机需要更多的经典资源,因此高效的算法非常有用。我们分析了创建单个量子位和特定受控量子位矩阵表示的门的算法。此外,我们使用模拟器来研究基于不同概率分布的错误,并研究存在操作错误时不同2量子位乘法器电路的鲁棒性。
2002-08-15 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