Compiling universal quantum circuits
我们提出了一种编译的方法，允许识别量子线路，能够模拟任意的$n$ -量子位酉操作，通过调整其中的单量子位门的角度。编译本身的方法扩展了旧的量子控制技术，并在几个量子位上保持计算上的易处理性。作为一个应用程序，我们确定编译通用电路的$3$，$4$和$5$量子位组成的$16$，$64$和$ 256$ hocT分别。
2021-01-05 quant-ph
Universal measurement-based quantum computation in a one-dimensional architecture enabled by dual-unitary circuits
本研究利用一维受激伊辛链在特定参数下产生的双酉电路动力学，生成支持约3k/4个编码比特的通用MBQC资源态，提出时空旋转量子电路的新协议，还发现其对应无限序列对称保护拓扑相且具鲁棒性。
2024-05-16 cond-mat.str-el quant-ph
Universal covariant quantum cloning circuits for qubit entanglement manipulation
我们考虑了通用协变量子克隆器或量子处理器电路对量子比特的纠缠操纵能力。我们调查它用于克隆一个成员的二分或真正的三分纠缠态的量子比特。我们发现，对于两体纯纠缠态，存在着非平凡的纠缠行为，而对于GHZ纠缠态，存在着部分提取两体纠缠的可能性。
2009-11-23 quant-ph
Fault-tolerant circuit synthesis for universal fault-tolerant quantum computing
提出了一种基于级联码实现通用容错量子计算的量子线路综合算法。为了实现容错量子计算，需要将容错量子协议转换为基于最近邻相互作用的可执行量子线路。与基本上基于局部运算定义的拓扑码不同，对于级联码，可以通过应用量子线路综合来获得由局部运算组成的电路。然而，通过现有的为普通量子计算算法开发的量子线路综合，在所得到的电路中可能不能保持协议的容错性。此外，实现通用容错量子计算的量子线路还需要考虑更多的问题。首先，当选择量子位移动路径（一系列\emph{SWAP}门）以满足几何局域性约束时，我们不必在数据量子位上传播量子错误。第二，电路应该是独立的，这样无论情况如何都可以独立行动。第三，对于通用的容错量子计算，我们需要多个容错量子协议的多个容错量子线路作用于同一输入，一个逻辑数据量子比特。最后，我们需要回顾一下容错协议，如综合征测量和编码器隐含地包括以测量结果为条件的经典控制处理，因此必须在时间流中划分量子线路以执行经典控制。本文提出了电路综合的方法来解决这一问题，并给出了如何综合$[[7,1,3]]$ Steane码的通用容错协议集和$[[23, 1, 7]]$ Golay码的伴随式测量协议。
2022-06-06 quant-ph
Universality in the Anticoncentration of Chaotic Quantum Circuits
本文发现随机量子电路反集中现象可由一个仅含两个拟合参数的普适函数形式描述，该形式在有限尺寸和浅层深度下仍成立，并据此提出利用浅层电路对更大规模量子设备进行基准测试的实用框架。
2025-07-07 quant-ph
A Universal Quantum Circuit Design for Periodical Functions
我们提出了一个通用的量子线路设计，可以估计任何一维周期函数的基础上相应的傅立叶展开。该量子线路包含N个量子比特以存储关于不同N傅立叶分量的信息，以及具有用于控制操作的$M = \lceil{\log_2{N}}\rceil$的$M+2$辅助量子比特。期望的输出将在最后一个量子位$q_N$中测量，其时间复杂度为$O(N^2\lceil \log_2N\rceil^2)$的计算。我们说明的方法，通过构建方波函数的量子线路与使用IBM-QASM模拟器直接模拟得到准确的结果。该方法是通用的，可以适用于任何周期函数。
2021-08-30 quant-ph
Exact two-qubit universal quantum circuit
我们提供了一种分析的方法来实现任何任意的两个量子比特的幺正操作，给定一个纠缠的两个量子比特的门与本地门在一起。这被证明提供了一个通用的量子线路，精确地模拟任意两个量子比特操作SU（4）的显式结构。该电路中的每个模块都以封闭形式的解给出。我们还提供了一个统一的上限的应用程序的纠缠门，并发现，正好有一半的所有控制酉门满足相同的上限作为CNOT门。这些结果允许在SU（4）中有效地实现量子计算和量子模拟所需的操作。
2003-05-15 quant-ph
Parameterized quantum circuits as universal generative models for continuous multivariate distributions
Universiteit Leiden, the Netherlands（莱顿大学）；CERN, Geneva, Switzerland（欧洲核子研究中心）；Instituut-Lorentz, Universiteit Leiden, the Netherlands（洛伦兹研究所，莱顿大学）
本文研究了参数量子电路在生成连续变量分布中的通用性，提出基于期望值采样的模型，并证明了此类变分量子算法生成多元分布的通用性，同时探讨了不同架构并给出了量子比特数量与测量次数之间的紧界。
2024-05-29 quant-ph
Entanglement spectrum of matchgate circuits with universal and non-universal resources
本文首次证明仅由可模拟门集构成的匹配门电路可在无通用量子门元素时呈现 Wigner-Dyson 纠缠谱统计，并揭示输入纠缠比特数增加导致的复杂度跃升，从而表明纠缠谱与电路可模拟性之间并无强关联。
2024-07-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Universal Quantum Circuit Scheme For Finding Complex Eigenvalues
提出了一种在量子计算机上利用迭代相位估计算法求解非酉矩阵本征值的通用量子线路设计。特别是，我们展示了如何使用该方法的量子系统的共振态的模拟。
2013-10-16 cs.IT math.IT quant-ph
Universal Gate Set for Continuous-Variable Quantum Computation with Microwave Circuits
我们提供了一个显式的构造一个通用的门集连续变量量子计算与微波电路。这样一个泛集首先在量子光学装置中提出，但由于工程强非线性的困难，它的实验实现在该领域仍然难以捉摸。在这里，我们展示了基于SNAIL的现实三波混频微波架构[Frattini等人，应用物理信函110，222603（2017）]使我们能够克服这一困难。作为一个应用程序，我们表明，这种架构允许生成一个立方相态的实验可行的程序。这项工作突出了微波电路的实际优势，相对于光学系统的工程非高斯状态的目的，并打开了连续变量算法的基础上，从连续变量通用集合的几个重复的基本门的追求。
2020-10-15 quant-ph
Circuit Optimization for Universality Transformation
NTT（日本电信电话株式会社）
本文提出一种更简短的电路方案，通过消除非虚ancillary qubits实现通用门集转换，并扩展到连续门集场景，证明任意多量子比特单元ary可由实单量子比特单元ary门、CCZ门和|0⟩|+i⟩生成。
2026-10-05 quant-ph
Universal Effectiveness of High-Depth Circuits in Variational Eigenproblems
Institute for Advanced Study（高等研究院）；Samsung Research（三星研究院）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
我们探讨了变分量子线路在模拟量子多体哈密顿量的基态中的有效性。我们表明，通用的高深度电路，执行一系列相同形式的层酉，可以准确地近似所需的状态。我们通过使用两个具有非常不同性质的汉密尔顿系统：横向场伊辛模型和萨赫德夫-叶-基塔耶夫模型来证明他们的普遍成功。高深度电路的能量景观具有用于基于梯度的优化的适当结构，即，局部极值的存在-在任何随机初始点附近-达到地电平能量。我们进一步测试电路的复制随机量子态的能力，通过最小化欧几里德距离。
2021-03-08 cond-mat.str-el cs.LG hep-th
Electric circuits for universal quantum gates and quantum Fourier transformation
基于量子行走，通过将其表示为图上的散射问题，可以实现通用量子计算。在本文中，我们模拟量子门通过电路，最近的报告，一个一维的$LC$电路可以模拟一个薛定谔方程，从而量子行走。特别地，我们提出了一组通用的量子门的CNOT，Hadamard和$π/4$相移门使用电报线和混合桥的物理实现。此外，我们还构造了任意整数$n$的$π/2^{n}$相移门，它是基于Shor算法进行量子傅里叶变换和素因子分解的必要元件。我们的结果将为基于电路的通用量子计算开辟一条道路。
2019-12-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dirac formulation for universal quantum gates and Shor's integer factorization in high-frequency electric circuits
利用电路可以很好地进行量子计算。特别地，薛定谔方程可以用传输线的集总元件模型来模拟，适用于低频电路。本文用分布元模型模拟狄拉克方程，该模型适用于高频电路。然后，利用传输线构成的网络构造了一组通用的量子门（Hadamard门、相移门和CNOT门）。我们展示了基于电路的Shor素分解。只要设计金属线网络，就有可能模拟任何量子算法。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single T gate in a Clifford circuit drives transition to universal entanglement spectrum statistics
Clifford电路不足以用于通用量子计算或使用$t\ge 4$创建$t$ -设计。虽然纠缠熵并不能说明这一不足，但纠缠谱是：对于仅限于Clifford门集的电路，纠缠水平是泊松分布的，而当使用通用门时，纠缠水平遵循Wigner-Dyson统计。在本文中，我们表明，使用有限尺寸标度分析的不同措施的水平间距统计，在热力学极限，插入一个单一的T $(π/8)$门在中间的随机Clifford电路是足以改变纠缠谱从泊松到Wigner-Dyson分布。
2020-11-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
Note on the Universality of Parameterized IQP Circuits with Hidden Units for Generating Probability Distributions
本文针对参数化IQP电路生成模型，给出两个简单证明，说明通过引入隐藏单元（被迹除的量子比特）可使其边缘分布具备生成任意概率分布的普适性，且所需额外量子比特数量合理。
2025-04-08 quant-ph
A universal quantum circuit for two-qubit transformations with three CNOT gates
我们考虑通过CNOT门和单量子比特幺正门实现两量子比特的幺正变换。我们表明，通过一个明确的量子线路，连同本地门三个CNOT门是必要的和足够的，以实现任意幺正变换的两个量子比特。我们还确定了两个量子比特门的子集，可以执行只有两个CNOT门。
2003-08-04 quant-ph
Efficient Circuits for Exact-Universal Computations with Qudits
本文研究量子点的量子线路的有效实现。我们表明，受控的两个qudit门可以实现没有ancillas和证明的门库包含任意本地幺正和一个两个qudit门，CINC，是准确的普遍。最近的一篇论文（PRL 94 230502）描述了用于量子的量子线路，其需要O（d^n）个用于状态合成的双量子门和O（d^{2n}）个用于酉合成的双量子门，匹配相应的下限复杂度。在这项工作中，我们提出了更详细的状态合成电路，并证明它是正确的。此外，原算法中所需的（n-2）/（d-2）ancillas可以被删除，而不改变渐近性。此外，我们提出了一个新的酉合成算法，启发QR矩阵分解，这也是渐近最优的。
2005-09-22 quant-ph
The principle of majorization: application to random quantum circuits
我们检验了优化原则[J. I. Latorre和M. A. Martin-Delgado，Phys. Rev. A 66，022305（2002）]在随机电路中。考虑了三类电路：（i）通用的，（ii）经典模拟的，和（iii）既不通用也不经典模拟。所研究的族是：{CNOT，H，T}，{CNOT，H，NOT}，{CNOT，H，S}（Clifford），匹配门和IQP（瞬时量子多项式时间）。我们验证了所有的家庭的电路平均满足递减优化的原则。在大多数情况下，渐近状态（门的数量趋于无穷大）表现得像一个随机向量。然而，明显的差异出现在与渐近状态相关的洛伦兹曲线的波动中。洛伦兹曲线的涨落区分了随机量子线路的普适和非普适类别，并且它们还检测了一些非普适但不能经典有效地模拟的量子随机线路的复杂性。我们的结论是，优化可以用作量子动力学复杂性的指标，作为替代，例如，纠缠谱和时间外的顺序调制器（OTOC）。
2021-02-19 quant-ph
Universal quantum circuit for n-qubit quantum gate: A programmable quantum gate
量子计算由于其在多项式时间内解决经典NP问题的潜力而引起了人们的广泛关注。因此，人们对建造量子计算机的兴趣越来越大。其中一个基本步骤是实现能够实现给定幺正运算的量子线路。这个任务已经解决了使用分解的酉矩阵在更简单的，直到达到量子线路只有单量子比特和hocTs门。通常目标是找到能够解决给定问题的最小量子线路。在这篇文章中，我们走了一个不同的方向。我们提出了一个通用的量子线路，它可以通过正确设置参数来实现任何特定的量子线路。换句话说，我们提出了一种可编程的量子线路。这开启了构建一个真正的量子计算机的可能性，在同一个硬件中可以实现几个不同的量子操作。提出的配置和它的光学实现进行了讨论。
2006-05-29 quant-ph
Algorithm and Circuit of Nesting Doubled Qubits
由于经典信息和量子信息之间的根本区别在于经典信息可以被完美地复制，而量子信息不能，所以对量子态的复制与经典信息处理是矛盾的。不过，这种说法并不排除建造一种能够再现一组量子态的设备的风险。本文研究了一个自然产生的问题，即如何或在什么条件下可以复制和测量一个任意的量子叠加态。提出了一种基于CNOT和XOR运算的量子线路，该线路具有量子态的纠缠性，并允许测量双量子比特。
2022-01-07 math.QA quant-ph
Classical programmability is enough for quantum circuits universality in approximate sense
它是由M. A。尼尔森和I.L. Chuang 1997指出，不可能建立严格通用的可编程量子门阵列，它可以精确地执行任何幺正运算，建议用概率门阵列来代替。在目前的工作表明，如果使用更多的物理和弱条件的普遍性（建议已经在最早的工作由D.Deutsch 1985年）和谈论模拟任意，但有限的精度，那么它是可能的，建立通用可编程门阵列。但是现在Nielsen和Chuang的同样的不通过定理将有新的有趣的结果-门阵列的控制程序可以被认为是纯经典的。本文对这种“近似意义上”通用的确定性量子门阵列进行了详细的设计。
2001-03-20 quant-ph
Universal quantum algorithmic cooling on a quantum computer
量子冷却是一种确定性的过程，它将任何态驱动到最低本征态，从化学和凝聚态量子物理的基态性质的研究到一般的优化问题，量子冷却都有着广泛的应用。然而，冷却过程通常是非幺正的，因此它在量子计算机上的实现要么需要深电路，要么假设具有变分电路的特定输入状态。在这里，我们提出了克服这些限制的通用量子冷却算法。利用衰减函数的双相表示，我们展示了如何普遍地和确定性地实现一般的冷却过程与浅量子线路。我们展示了它在冷却任意输入态与已知的基态能量，对应于令人满意的，线性代数任务，和量子态编译任务，并准备未知的本征值和本征态，对应于量子多体问题的应用。与量子相位估计相比，我们的方法只使用一个辅助量子比特和更浅的电路，显示出相对于最终状态失真的电路复杂度的指数级改善。我们数值基准算法的$8$ -量子比特海森堡模型，并验证其可行性，准确地找到本征能量和获得本征态测量。我们的工作为近期和通用容错量子设备的高效和通用量子算法冷却铺平了道路。
2022-06-03 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Optimal quantum circuit synthesis from Controlled-U gates
从几何方法，我们推导出所需的任意控制酉门的最小数量的应用程序来构建一个通用的量子线路。一个新的分析施工过程中，提出并证明是最优或接近最优。这一结果可以推广到提高任意纠缠门构造通用量子线路的效率。具体来说，对于受控非门和双受控非门，我们开发了简单的分析方法来构造具有三种应用的通用量子线路，这是最不可能的。
2003-08-29 quant-ph
Universal Configuration for Optimizing Complexity in Variational Distributed Quantum Circuits
本研究证明变分分布式量子电路中存在通用最优配置，能以最小深度最大化电路复杂性，并通过马尔可夫矩阵度量及数值比较验证了该结论。
2025-08-06 quant-ph
Generating double NOON states of photons in circuit QED
为了产生具有大光子数$N$的NOON态，操作步骤的数量可能很大，并且保真度将随着$N$而迅速降低。本文提出了一种新的量子纠缠态$(|NN00\rangle+|00NN\rangle)/\sqrt{2}$的制备方法，称之为“双NOON”态。该方案基本上通过采用双光子过程来操作，即，当每个耦合器Qutrit初始处于较高能量的激发态时，两个光子被同时且分别发射到两个腔中。因此，“双”NOON状态创建仅需要$N$ +2个操作步骤。双NOON态的一个应用是在相位测量中得到$1/(2N)$的相位误差。相比之下，为了实现相同的误差，需要$(|2N,0\rangle+|0,2N\rangle)/\sqrt{2}$形式的正常NOON状态，其至少需要$2N$操作步骤来通过使用现有方案来准备。我们的数值模拟表明，即使对于有缺陷的器件，使用当前的电路QED技术，使用$N\leq 10$高保真地产生双NOON态也是可行的。
2017-02-09 quant-ph
Low-energy spectrum of double-junction superconducting circuits in the Born-Oppenheimer approximation
Center for Quantum Devices, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所量子器件中心）；NNF Quantum Computing Programme, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所NNF量子计算计划）
研究双结超导电路中低能谱的Born-Oppenheimer近似模型，推导包含内部模式修正项的有效单模模型，并探讨其对周期边界条件和噪声灵敏度的影响。
2026-07-14 quant-ph
Universal low-depth two-unitary design of programmable photonic circuits
Faculty of Physics, M. V. Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）；Sber Quantum Technology Center（Sber量子技术中心）
本文提出了一种低深度双酉设计的可编程光子电路，通过将非酉矩阵表示为两个酉的和，实现了高效且可分析的矩阵-向量乘法。
2026-01-12 physics.optics quant-ph
SOFT: a high-performance simulator for universal fault-tolerant quantum circuits
Institute of Software, Chinese Academy of Sciences（中国科学院软件研究所）；The University of Hong Kong（香港大学）；Arclight Quantum Corporation（Arclight量子公司）；Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院计算技术研究所）
SOFT是一种高性能的通用容错量子电路模拟器，通过整合广义稳定子形式化和GPU并行化，实现了大规模噪声量子电路的模拟，首次真实模拟了非平凡规模下的魔法态培养协议。
2025-12-28 quant-ph
Minimal Universal Two-qubit Quantum Circuits
我们给出了模拟任意两量子比特幺正算符直到全局相位的量子线路。对于几个量子门库，我们证明了在最坏和平均情况下，门数是最优的。我们的下限和上限比较有利，以前发表的结果。不使用临时存储，因为它在物理实现中往往是昂贵的。对于每个门库，可以通过单个通用电路实现最佳门计数。为了计算通用电路中的门参数，我们只使用封闭形式的代数表达式，特别是不依赖于矩阵指数。我们的算法已经在C++编码。
2004-03-12 quant-ph
Universality in the Anticoncentration of Noisy Quantum Circuits at Finite Depths
CY Cergy Paris Université（塞吉-蓬图瓦兹大学）；Laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris-Cité（巴黎高等师范学院物理实验室）
研究有限深度噪声量子电路中抗集中现象的普遍性，通过随机矩阵积算符描述噪声通道，发现不同噪声机制在不同深度区域表现出相似的位串概率分布，验证了抗集中行为的普遍性。
2026-02-05 quant-ph
On universality of hardware-efficient ansatzes
该研究针对硬件高效型变分电路（HEA），通过证明任何相关量子电路可高效表示为HEA电路，得出模拟HEA某些主要类别的问题是BQP完全的结论，揭示了HEA的普适性特征。
2025-11-13 quant-ph
Demonstration of double EIT using coupled harmonic oscillators and RLC circuits
利用力学类比和电学类比的方法，讨论了由四能级原子组成的反Y型介质中的单、双电磁感应透明（EIT）。用一个受阻尼和外力驱动的三弹簧-质量耦合系统来机械地表示四能级原子。对系统的运动方程进行了解析求解，得到了单、双EIT的解析解。另一方面，三个耦合RLC电路，作为电气模拟，探索和实验证明单，双EIT。这两个模型的简单性使这个实验适合本科生，很容易纳入大学物理实验室。
2011-07-30 physics.class-ph physics.ed-ph quant-ph
Universal Programmable Quantum Circuit Schemes to Emulate an Operator
与固定设计不同，可编程电路设计支持无限数量的运算符。可编程电路的功能可以通过简单地改变电路中旋转门的角度值来改变。在这里，我们提出了一种新的量子线路设计技术，导致两个通用的可编程电路方案。电路方案可用于通过设置电路中的角度值来模拟任何给定的算子。这提供了一种固定的电路设计，其角度是以有效的方式从给定矩阵的元素确定的，该矩阵可以是非酉的。我们也给出了这些电路的经典和量子复杂性分析，并表明，电路需要一些经典的计算。它们具有与非一般电路几乎相同的量子复杂性。由于所提出的电路设计独立于矩阵分解技术和用于为给定算子找到量子线路的全局优化过程，因此可以在量子计算机上对分子哈密顿算子的幺正传播子进行高精度模拟。作为一个例子，我们展示了如何建立氢分子的电路设计。
2012-11-11 cs.OH quant-ph
Measurement-induced entanglement transitions in quantum circuits of non-interacting fermions: Born-rule versus forced measurements
我们解决的纠缠跃迁在监测随机量子线路的非相互作用费米子，特别是，玻恩规则和强制测量是否产生相同的普适性类的问题。对于一个通用的电路，没有对称性以外的费米子宇称，作用于一维马约拉纳链，我们数值计算得到几个临界指数，提供了明确的证据表明，这两个过渡与玻恩规则和强制测量是在不同的普适性类。我们通过识别基本的统计力学模型为我们的数值结果提供了一个理论上的理解，该模型是从Jian等人建立的一般对应关系中得出的，物理评论B 106，134206，非相互作用费米子的非幺正电路和十重Altland-Zirnbauer（AZ）对称类之间。AZ类对于电路的Born规则和强制测量是相同的。对于所考虑的电路（AZ DIII类），描述过渡的统计力学模型是主要的手征非线性西格玛模型，其场变量是分别用于强制和Born规则测量的副本限制$n\to 0$和$n\to 1$中的${\rm SO}(n)$矩阵。前者是在一个安德森局域化普适类，而我们表明，后者是在一个新的普适类以外的安德森局域化。这两种纠缠跃迁都是由$\mathbb{Z}_2$拓扑缺陷的增殖驱动的。不同的副本限制说明了普适性类的差异。此外，我们提供了数值和基于量子力学的参数，纠缠跃迁在先前研究的监测电路的马约拉纳费米子的回路模型的基础上的交叉，一个高度精细的调谐电路，属于一个普适类不同的通用电路中的两个过渡在本文中讨论。
2023-02-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Quantum Thermal Analogs of Electric Circuits: A Universal Approach
本文提出一种普适的量子热电路类比方法，通过定义热学基尔霍夫定律和量子热阶跃变压器，构建了超级惠斯通电桥与加法器等新型量子热电路，并统一了热二极管、晶体管等已有器件。
2025-08-19 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum fully homomorphic encryption scheme based on universal quantum circuit
全同态加密允许在不解密数据的情况下对加密数据进行任意计算。在这里，它是在量子信息处理的背景下进行研究。基于通用量子线路，提出了一种量子全同态加密方案，该方案允许对加密数据进行任意量子变换。QFHE方案被证明是完全安全的。在该方案中，解密密钥与加密密钥不同，但加密密钥不能是公开的。此外，该方案的计算算法与密钥无关，因此非常适用于双方之间的委托量子计算。
2014-10-09 cs.CR quant-ph
Sub-universal variational circuits for combinatorial optimization problems
Department of Physics, University of Colorado Boulder, Boulder, CO 80309, USA（科罗拉多大学博尔德分校物理系）；University of Technology Sydney, Centre for Quantum Software（悉尼技术大学量子软件中心）；Department of Electrical, Computer and Energy Engineering, University of Colorado Boulder, Boulder, Colorado 80309, USA（科罗拉多大学博尔德分校电气、计算机与能源工程系）
提出一种基于二比特随机矩阵的经典概率变分线路求解组合优化问题，在多种规模的 Max-Cut 问题上优于 QAOA，为评估量子变分线路性能提供了次通用门集基准。
2025-09-14 cs.LG quant-ph
Universal Spreading of Conditional Mutual Information in Noisy Random Circuits
研究了带噪声的一维随机量子电路中条件互信息的演化，发现局部噪声与置乱酉算子共同作用导致其超线性传播并突破光锥，通过粗粒化方法解析验证了其普适标度律。
2024-10-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
A 12-CNOT Double Qubit Excitation Gate
Kvantify Aps（克万蒂菲公司）
该研究提出首个12-CNOT双量子比特激发算子分解方案，其CNOT数、CNOT深度、总电路深度均优于现有SOTA，仅额外增加2个单量子比特门。
2026-08-28 cs.AI quant-ph
Efficient synthesis of universal Repeat-Until-Success circuits
最近，它表明，重复直到成功（RUS）电路可以实现一个$2.5$倍减少预期的$T$ -计数比无辅助技术的单量子位酉分解。然而，以前最有名的算法来合成RUS电路需要指数经典运行时间。在本文中，我们提出了一个算法来合成一个RUS电路，以近似任何给定的单量子比特幺正精度$\varepsilon$在概率多项式经典运行时间。我们的合成方法使用Clifford+ $T$基，加上一个辅助量子比特和测量。我们提供的数值证据表明，我们的RUS电路有一个预期的$T$ -计数平均$2.5$倍低于理论下限的$3 \log_2 (1/\varepsilon)$的辅助无单量子位电路分解。
2014-09-19 cs.ET quant-ph
Fast universal quantum gates on microwave photons with all-resonance operations in circuit QED
电路量子电动力学（QED）中超导量子比特上的斯塔克位移在以前的工作中被用来在超导谐振器上构造通用量子纠缠门。它是色散区中谐振器和量子比特之间的二阶耦合效应，这导致量子比特上的缓慢状态选择旋转。本文提出了两种在多个超导谐振器耦合到一个超导量子点构成的微波-光子量子处理器中的超导谐振器上构造快速通用量子门的方案，即在两个微波-光子谐振器上构造受控相位（c相位）门和在两个微波-光子谐振器上构造受控相位门在三个谐振器上的（cc-相位）门，采用量子谐振操作，而没有任何驱动场。与以往的工作相比，我们的通用量子门在理论上具有更高的量子效率和更短的操作时间。数值模拟结果表明，我们的c相门的保真度为99.57%，在约38.1 ns和我们的cc相门的保真度为99.25%，在约73.3 ns。
2015-03-11 quant-ph
Optimal Two-Qubit Circuits for Universal Fault-Tolerant Quantum Computation
研究了Clifford+CS门集合上的两量子比特电路，该集合由Clifford门和受控相位门CS=diag（1，1，1，i）组成. Clifford+CS门集在量子计算中具有普适性，其元素可以通过幻态蒸馏在大多数纠错方案中容错实现。由于非Clifford门以容错方式执行通常更昂贵，因此通常期望构造使用很少CS门的电路。本文介绍了一种双量子比特Clifford+CS算子的高效优化综合算法。我们的算法输入一个Clifford+CS算子U，并输出一个Clifford+CS电路U，它使用尽可能少的CS门。由于算法是确定性的，它与Clifford+CS算子相关联的电路可以被视为该算子的范式。我们给出了一个明确的描述，这些正规形式，并使用此描述导出的最坏情况下的下限为5log（1/）+O（1）的CS门的数量所需的ε近似SU（4）的元素。我们的工作利用了各种各样的数学工具，可能会发现容错量子线路的研究中的进一步应用。
2021-06-17 quant-ph
Reversing Unknown Quantum Transformations: Universal Quantum Circuit for Inverting General Unitary Operations
给定一个实现$d$维幺正操作$U_d$的量子门，除了$d$没有任何具体描述，并且允许使用$k$时间，我们提出了一个实现精确逆$U_d^{-1}$的普适概率预示的量子线路，其失效概率在$k$中指数衰减.该协议采用自适应策略，证明指数性能的必要性。它需要$k\geq d-1$，已证明这是用量子电路精确实现$U_d^{-1}$所必需的。此外，即使当允许具有不确定因果顺序的量子电路时，也需要使用$k\geq d-1$。然后，我们提出了一个有限的线性和半正定约束的通用酉反演协议的特点，并制定了一个凸优化问题，其解决方案是最大的成功概率为给定的$k$和$d$。当$d=2$和$k\leq 2$用于$d=3$时，使用用于$k\leq 3$的半定编程求解器计算最优值。通过这种数值方法，我们第一次表明，不确定的因果顺序电路提供了一个优势，在一个任务中，涉及多次使用相同的单一操作的因果顺序的。
2020-04-15 quant-ph
Universal tool for single-photon circuits: quantum router design
我们证明了非厄米哈密顿方法可以作为一个通用的工具来设计和描述单光子量子电动力学电路（cQED）的性能。作为这种方法的有效性的一个例子，我们计算了一个新的六端口量子路由器，由4个量子比特和3个开放波导。在考虑非均匀量子比特参数的情况下，得到了一般形式的单光子透射和反射系数的解析表达式。我们表明，由于自然衍生的干扰，它是可能的，以调整在不同的端口在原位的光子探测的概率。
2018-12-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal controlled-phase gate with cat-state qubits in circuit QED
猫态量子比特（用猫态编码的量子比特）由于其具有量子纠错的增强寿命，最近引起了人们的广泛关注。本文提出了一种通过两个微波谐振器耦合到超导transmon量子阱来实现两个猫态量子比特的通用受控相位门的方法。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被大大抑制。该方案只需要两个基本操作，既不需要经典脉冲，也不需要测量，因此门实现简单。数值模拟表明，用电流电路QED技术实现这种门的高保真度是可行的。该方案具有较强的通用性，可用于实现两个微波谐振腔或两个光学腔耦合到单个三能级自然或人工原子的门。
2017-08-15 quant-ph
Universal compilation for quantum state preparation and tomography
通用编译是一种将可训练幺正编译为目标幺正的训练过程，它具有广泛的潜在应用，从量子动力学模拟到深度压缩优化电路、器件基准测试、量子错误缓解等。本文提出了一种基于通用编译的变分算法，用于低深度量子线路中量子态的制备和层析成像。我们将Fubini-Study距离应用于各种基于梯度的优化器（包括量子自然梯度方法）下的可训练成本函数。我们评估各种单一的拓扑结构的性能和不同的优化获得高效率的可训练性。在实践中，我们讨论了量子态制备中的不同电路方案，包括制备不同纠缠目标态（如代表性的GHZ态和W态）的线性方案和基于图形的方案。我们还讨论了电路深度，贫瘠高原，读出噪声在模型中的影响，和错误缓解解决方案。接下来，我们评估重建效率的量子态层析成像通过各种流行的电路ansatzes，并揭示电路的深度在鲁棒保真度的关键作用。结果与阴影层析成像方法，在该领域的一个类似的方式。我们的工作表达了足够的能力，通用编译为基础的变分算法，以最大限度地提高效率的量子态的准备和层析成像。此外，它有望在量子精密测量和传感中应用，并可应用于近期的量子计算机，用于验证电路保真度和各种量子计算任务。
2022-04-25 quant-ph
A universal crossover in quantum circuits governed by a proximate classical error correction transition
通过半经典电路模型，发现经典擦除错误导致的有向渗流相变，在加入任意小密度量子门后因纠缠产生而消失，揭示了量子纠缠在测量诱导相变中的核心作用。
2023-05-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Experimental demonstration of entanglement-enabled universal quantum cloning in a circuit
不可克隆定理禁止完美克隆未知的量子态。通用量子克隆机（UQCM）能够产生具有最佳保真度的任何输入量子比特的两个副本，是一个基本的兴趣，并在量子信息处理中有应用。这是通过输入量子位和复制量子位之间精心定制的非经典相关性实现的，这将UQCM与经典对应物区分开来，但其实验证明仍然缺乏。在这里，我们实现了超导电路中的UQCM，并研究这些相关性。测量到的纠缠与我们的理论预测一致，即它们与输入态无关，因此构成了UQCM的普遍量子行为，这是以前没有发现的。我们实验的另一个特点是实现了确定性和个体克隆，这与以前证明的UQCM相反，UQCM要么是概率性的，要么不构成个体量子比特的真正克隆。
2021-05-25 quant-ph
Double-sided coaxial circuit QED with out-of-plane wiring
超导电路是量子计算发展的有力候选平台。为了推进到实际有用的水平，需要将许多量子位的阵列与选择性量子位控制和读出相结合的架构，而不损害相干性。在这里，我们提出了一种同轴电路QED架构，其中量子比特和谐振器制造在单个芯片的相对侧上，并且控制和读出布线由垂直于芯片平面的同轴布线提供。我们提出了表征测量的制造设备与模拟参数吻合良好，并证明能量弛豫和退相时间的$T_1 = 4.1\,μ$和$T_2 = 5.7\,μ$的。该架构允许扩展到选择性控制和测量的量子位的大阵列，其优点是所有布线都在平面外。
2017-06-01 quant-ph
Probabilistic exact universal quantum circuits for transforming unitary operations
本文研究了通用量子线路的设计问题，以概率预示的方式将$d$维酉输入操作的$k$使用转换为酉输出操作。三类协议被认为是并行电路，其中的输入操作可以同时，自适应电路，其中允许顺序使用的输入操作，和一般协议，其中使用的输入操作可以执行没有明确的因果顺序。对于这三类，我们开发了一个系统的半定规划方法，找到一个电路，获得所需的转换与最大的成功概率。然后，我们详细分析了三个特定的变换;酉转置，酉复共轭，酉反转。对于酉转置和酉逆，我们证明了，对于任何固定的尺寸$d$，自适应电路的使用$k$相比，并行的指数改善。对于酉复共轭和酉逆，我们证明了如果$k$的使用次数严格小于$d-1$，则成功的概率必然为零。我们还讨论了不确定因果顺序协议的优势，因果的，并介绍了延迟输入态量子线路的概念。
2020-04-15 quant-ph
Quantum Oracles in Terms of Universal Gate Set
我们提出了一个系统的量子线路的建设实现Grover的数据库搜索算法的任意数量的目标。我们引入了一个新的运营商，翻转的标志的目标，并评估其电路的复杂性。找到了基于该算子的数据库搜索算法的电路复杂度小于传统算法的条件。
2011-08-01 quant-ph
Transitions in entanglement complexity in random quantum circuits by measurements
掺杂非克利福德门的随机克利福德电路表现出向普适纠缠谱统计[1]和量子混沌行为的转变。在文献[2]中我们证明了将$O(n)$非Clifford门注入到$n$ -量子比特Clifford电路中会驱动纯度涨落向普适值的跃迁。在本文中，我们表明，掺杂的Clifford电路与$O(n)$单量子比特非Clifford测量是必要的和足够的驱动过渡到普适波动的纯度。
2021-10-04 math-ph math.MP quant-ph
