CODAR: A Contextual Duration-Aware Qubit Mapping for Various NISQ Devices
NISQ时代的量子计算设备具有共同的特征和挑战，如量子位之间的有限连接。由于在有限的量子位对上允许两个量子位门，量子编译器必须转换原始量子程序以适应硬件约束。以前的量子比特映射工作假设不同的门具有相同的执行持续时间，这限制了他们从程序中探索并行性。为了解决这个问题，我们提出了一个多架构的自适应量子抽象机（maQAM）和上下文敏感和持续时间感知重映射算法（CODAR）。CODAR重映射器能够感知门持续时间差异和程序上下文，使其能够从程序中提取更多的并行性，并在不同架构中的模拟中将量子程序平均加速1.23，并在Origin Quantum噪声模拟器上运行时保持电路的保真度。
2020-02-24 quant-ph
Quasiprobabilistic state-overlap estimator for NISQ devices
随着量子技术的成熟，开发用于基准测试其制备和操纵复杂量子态的能力的工具变得越来越必要。一个关键的概念，两个量子态之间的状态重叠，提供了一个自然的工具来验证和交叉验证量子模拟器和量子计算机。最近的进展，在控制和测量大型量子系统的发展，激发了不同的效率和实验复杂性的状态重叠估计。在这里，我们展示了一个实用的方法来测量量子态之间的重叠的基础上的一个可分解的准概率表示的状态，并比较它与随机测量的基础上的方法。假设现实的噪声中间尺度量子（NISQ）设备的限制，我们的准概率方法优于最好的电路设计的状态重叠估计的n-量子比特状态，n > 2。对于n < 7，我们的技术也优于目前最好的基于随机局部测量的直接估计，从而建立了一个最优的小生境。
2021-12-22 quant-ph
GroverFigureOfMerit: An Agnostic Figure of Merit for Quantum Backend Characterization in the NISQ Era
Universidad Nacional de La Plata, Facultad de Informática, Laboratorio de Investigación y Formación en Informática Avanzada (LIFIA)（拉普拉塔国立大学，计算机学院，先进信息研究与培训实验室）
针对NISQ时代量子后端选择难题，提出基于Grover算法的优值，结合成功概率与惩罚因素全面评估性能，经实验验证对多因素敏感，能统一区分后端性能，为量子计算后端表征提供新方法。
2026-07-10 quant-ph
Hybrid quantum-classical algorithms and quantum error mitigation
量子计算机可以利用希尔伯特空间，其维度随着量子比特的数量呈指数增长。在实验中，谷歌团队最近通过使用具有超过50个量子位的噪声中间尺度量子（NISQ）设备实现了量子霸权。然而，什么可以在NISQ设备上实现的问题仍然没有得到充分的探讨，发现这些设备的有用任务是一个相当感兴趣的话题。量子-经典混合算法通过将量子计算机与经典计算机相结合而被认为非常适合在NISQ设备上执行，并且有望成为量子计算的第一个有用的应用。与此同时，减少量子处理器上的错误对于获得可靠的结果也至关重要。在这篇文章中，我们回顾了混合量子经典算法和量子错误缓解技术的基本结果。由于NISQ器件的量子计算是一个积极发展的领域，我们希望这篇评论是一个有用的基础，为未来的研究。
2020-11-02 quant-ph
TensorCircuit: a Quantum Software Framework for the NISQ Era
TensorCircuit是一个基于张量网络收缩的开源量子线路模拟器，旨在提高速度，灵活性和代码效率。TensorCircuit完全用Python编写，构建在行业标准机器学习框架之上，支持自动区分，即时编译，向量化并行和硬件加速。这些特性使TensorCircuit能够模拟比现有模拟器更大、更复杂的量子线路，特别适用于基于参数化量子线路的变分算法。与其他常见的量子软件相比，TensorCircuit能够为各种量子模拟任务提供数量级的加速，并且可以模拟多达600个量子位，具有中等的电路深度和低维连接性。凭借其时间和空间效率，灵活和可扩展的架构以及紧凑，用户友好的API，TensorCircuit已经建立，以促进噪声中间尺度量子（NISQ）时代量子算法的设计，模拟和分析。
2023-01-27 physics.comp-ph quant-ph
QASMBench: A Low-level QASM Benchmark Suite for NISQ Evaluation and Simulation
量子计算（QC）在NISQ时代的快速发展迫切需要一个低级别的基准套件和有洞察力的评估指标来表征原型NISQ设备的属性，QC编程编译器、编译器和汇编器的效率，以及经典计算机中量子系统模拟器的能力。在这项工作中，我们填补了这一空白，提出了一个低层次的，易于使用的基准套件称为QASMBench的基础上OpenQASM组装表示。它整合了来自各种领域的常用量子例程和内核，包括化学，模拟，线性代数，搜索，优化，算术，机器学习，容错，密码学等，通用性和可用性之间的权衡。为了分析这些内核的NISQ设备执行方面，除了电路宽度和深度，我们提出了四个电路指标，包括门密度，保持寿命，测量密度和纠缠方差，以提取更多的见解有关的执行效率，NISQ错误的敏感性，以及从机器特定的优化的潜在收益。QASMBench中的应用程序可以在多个NISQ平台上启动和验证，包括IBM-Q、Rigetti、IonQ和Quantinuum。对于评估，我们测量的QASMBench应用程序的子集上的执行保真度12 IBM-Q机通过密度矩阵状态层析成像，其中包括25 K电路评估。我们还比较了IBM-Q机器，IonQ QPU和Rigetti Aspen M-1系统之间的执行保真度。QASMBench发布于：http://github.com/pnnl/QASMBench。
2022-05-09 quant-ph
Bell inequality violation on small NISQ computers
提出了利用噪声中间尺度量子（NISQ）器件证明违反贝尔不等式的量子计算实验。它们包括在几个量子位计算机上运行指定的量子算法。如果这样的设备确保纠缠并执行单次测量，则可以避免检测漏洞。四个简洁的量子线路决定的期望值的相关可观的两个量子比特系统。可以在这些电路中添加辅助量子比特，最终只测量辅助量子比特以获得相关信息。对于一个四量子位NISQ计算机，两个算法产生相同的平均值，但也保证随机选择的观察，开发。因此，避免了选择自由的漏洞。包括额外的附属物将测量次数减少了一次，因为在这种情况下仅需要测量附属物。注意，这些方法，使用NISQ设备，本质上是量子力学的。在目前的NISQ系统中，不能排除局部漏洞。给出了在量子线QX模拟器上的模拟结果。贝尔不等式确实被发现是违反的，即使一些额外的噪声包括通过去极化信道误差模型。这些算法也已经在IBM Q Experience上实现。这些量子计算的结果支持各种标准偏差对贝尔不等式的违反。
2020-09-01 quant-ph
TRAM: A Transverse Relaxation Time-Aware Qubit Mapping Algorithm for NISQ Devices
College of Mathematics, Taiyuan University of Technology（太原理工大学数学学院）；Pawsey Supercomputing Research Centre（珀斯超级计算研究中心）；Department of Physics, The University of Western Australia（西澳大利亚大学物理系）
TRAM是一种考虑横向弛豫时间的量子比特映射算法，通过优化相干性来提升NISQ设备的量子电路执行保真度和效率。
2026-01-17 quant-ph
SANQ: A Simulation Framework for Architecting Noisy Intermediate-Scale Quantum Computing System
为了弥合有限的硬件访问与噪声中等规模量子（NISQ）计算系统研究实验的巨大需求之间的差距，可以捕获量子处理器及其经典控制系统的建模以实现早期评估和设计空间探索的模拟器自然被调用，但仍然缺失。本文介绍了一个用于构建NISQ计算系统的仿真框架SARQ。SANQ由两个组件组成，1）优化的噪声量子计算（QC）模拟器，具有通过消除冗余计算加速的灵活误差建模，以及2）用于构建行为模型以评估控制系统的架构模拟基础设施。SANQ通过现有的NISQ量子处理器和控制系统进行验证，以确保模拟精度。它可以捕获QC设备上的方差，并精确地模拟定时行为（对于各种实际控制系统，误差<1%和10%）。最后给出了几个潜在的应用实例，表明SARQ对NISQ编译器、体系结构等的设计具有一定的参考价值。
2019-05-07 cs.ET quant-ph
Testing of flag-based fault-tolerance on IBM quantum devices
在NISQ器件上很难实现理论上的量子优势。除了尝试使用错误减轻和动态解耦来减少错误之外，还提出了减少传统方案的高开销的小量子纠错和容错方案。根据容错方面的最新进展，可以使用标志来最小化辅助量子位的数量。虽然实施这些计划仍然是不可能的，但弥合NISQ时代和FTQC时代之间的差距是值得的。在这里，我们介绍了一种基准测试方法来测试容错量子纠错与标志的NISQ设备上的[[5，1，3]]代码。基于使用IBM的qasm模拟器及其15量子位墨尔本处理器获得的结果，我们通过检查存在噪声的情况下中间状态的子空间与预期状态的重叠程度，表明这种标记方案可以在NISQ设备上进行测试。
2020-12-03 quant-ph
Error mitigation for quantum kernel based machine learning methods on IonQ and IBM quantum computers
核方法是大多数经典机器学习算法的基础，如高斯过程（GP）和支持向量机（SVM）。由于噪声中间尺度量子（NISQ）器件设计的最新进展，使用NISQ器件的计算内核引起了相当大的关注。然而，当前NISQ设备上的噪声和错误会对预测的内核产生负面影响。在本文中，我们利用两个量子核机器学习（ML）算法来预测两个不同的NISQ设备上的乳腺癌数据集的标签：量子核高斯过程（qkGP）和量子核支持向量机（qkSVM）。我们估计了11量子位IonQ和5量子位IBMQ Belem量子器件的量子内核。我们的研究结果表明，与非错误缓解的对应算法相比，错误缓解的量子内核机器学习算法的预测性能显着提高。在这两个NISQ设备的预测性能变得可比的无噪声量子模拟器和他们的经典同行
2022-07-04 quant-ph
A comparison of HPC-based quantum computing simulators using Quantum Volume
本文利用Quantum Volume基准比较了单CPU和GPU HPC节点上的量子计算模拟器，以模拟时间为核心指标，并总结了各模拟器特性、模拟与基准测试现状及Quantum Volume理论。
2024-12-29 quant-ph
Sparse Simulation of VQE Circuits
本文提出一种多线程稀疏波函数模拟器，用于高效模拟iQCC拟设的VQE电路，支持多达80个量子比特，具有变分保证和更高内存效率，可为NISQ设备生成复杂基准实例。
2025-02-26 quant-ph
Practical Evaluation of Quantum Kernel Methods for Radar Micro-Doppler Classification on Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) Hardware
National Institute of Technology, Rourkela（奈洛达尔国家理工学院）；Indian Institute of Technology, Dhanbad（丹巴德印度理工学院）
本文提出利用量子支持向量机在NISQ硬件上对雷达微多普勒信号进行分类，通过降维和量子核方法提升分类性能，并验证了硬件噪声对结果的影响。
2026-01-29 cs.AI quant-ph
Psitrum: An Open Source Simulator for Universal Quantum Computers
量子计算是一种能够彻底改变信息处理的技术的激进的新范式。通用量子计算机的模拟器对于理解当前有噪声的中尺度量子处理器的基本原理和操作以及构建未来的容错量子计算机具有重要意义。在这项工作中，我们提出了模拟通用量子计算机引入Psitrum -一个通用的门模型量子计算机模拟器上实现的经典硬件。该模拟器允许以量子线路的形式模拟和调试用于许多应用的量子算法，并选择添加各种噪声模块来模拟量子线路中的退相干。Psitrum允许模拟所有基本的量子操作，并提供各种可视化工具。模拟器允许在N量子比特实现的量子线路的每个级M处追踪出所有可能的量子态。Psitrum软件和源代码可在以下网址免费获得：（github.com/moghadeer/Psitrum）。
2023-02-24 quant-ph
Establishing the Quantum Supremacy Frontier with a 281 Pflop/s Simulation
噪声中尺度量子（NISQ）计算机正在进入一个时代，在这个时代，它们可以执行超出最强大的经典计算机能力的计算任务，从而实现“量子至上”，这是量子计算的一个重要里程碑。NISQ Supremacy需要与最先进的经典模拟器进行比较。我们报告了硬随机量子线路（RQC）的HPC模拟，该电路最近被用作量子至上的第一次实验演示的基准，在目前世界上最快的超级计算机Summit上维持281 Pflop/s（真正的单精度）的平均性能。这些模拟是使用qFlex进行的，qFlex是一种基于张量网络的经典高性能RQC模拟器。我们的研究结果表明，NISQ设备的能源消耗在许多数量级的优势，在经典的超级计算机。此外，我们提出了一个基于qFlex的NISQ计算机的标准基准。
2020-05-07 cs.CC physics.comp-ph quant-ph
NISQ computing for decision making under uncertainty
噪音中等规模的量子计算机预计将在今年上市。建议利用这样的设备在不确定性下的决策。量子力学的概率特征反映了这种不确定性。该方法是标准的，因为贝叶斯决策规则用于基于最大期望回报的决策。新颖之处在于将各种作用曲线和“自然”的发展建模为一组量子比特上的酉变换。测量最终会产生经典的二元随机变量的样本，其中的奖励函数必须表示。为了实现足够低的方差可靠的决策，这样的量子算法的更多的运行是必要的。我们用几个简单的例子来说明这一思想。这里的计算在分析上仍然是可行的。目前由于缺乏运行的量子设备，量子线的QX模拟器已被用于生成必要的样本进行比较和演示。首先获得的结果是有希望的，并指出在嘈杂的中等规模的量子计算机的可能有用的应用。
2019-11-14 quant-ph
Analysis of asymmetric errors in NISQ experiments
本文扩展了NISQ实验的不对称读出误差分析，基于谷歌2019年量子霸权实验数据，发现门误差效应未出现，零和一的占比仅反映读出误差不对称性，并用IBM和谷歌模拟器验证。
2026-09-29 quant-ph
On Performance and Limitations of Quantum Wave Packet Dynamics Simulated using NISQ Hardware
Marquette University（马凯特大学）；Cornell University（康奈尔大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文研究了NISQ硬件在模拟量子波包动力学中的性能与限制，采用基于网格的波函数编码方法，利用分裂运算符方法实现时间演化，并通过量子傅里叶变换和交换Pauli-Z门提高精度，从而实现对任意离散势能的模拟。
2026-10-21 quant-ph
A Variation-Aware Quantum Circuit Mapping Approach Based on Multi-agent Cooperation
量子线路映射方法是噪声中尺度量子（NISQ）器件软件栈中不可缺少的一部分。它对NISQ设备上计算任务的可靠性有重大影响。为了提高物理电路的整体保真度，提出了一种基于多智能体协作的量子线路映射方法。该方法考虑了在NISQ器件上插入辅助操作时量子操作质量的时空变化。它由两个核心部分组成：量子位布局算法和量子位路由方法。量子比特放置算法利用迭代局部搜索框架来找到原始电路的简化对称形式的期望初始映射。量子比特路由方法通过多智能体通信和协作生成物理电路。每个代理根据其环境状态独立地插入辅助门。物理电路的质量根据代理之间的信息交换机制而演变，该机制结合了局部搜索和全局搜索。为了在超过当前NISQ器件能力的基准电路（具有数百个量子门）上进行实验，我们构建了一个噪声模拟器，其门误差比IBM最新的NISQ器件低10倍。实验结果证实了我们的方法在提高电路保真度的性能。与现有方法相比，该方法平均提高了25.86%，最高提高了95.42%。
2021-12-01 quant-ph
Robust measurement of wave function topology on NISQ quantum computers
本研究提出一种可与变分量子本征求解器（VQE）集成的拓扑不变量测量策略，能在NISQ量子硬件上鲁棒表征量子多体态拓扑性质，已在模拟器和IBM量子硬件上验证并绘制相互作用量子相图。
2023-04-24 cond-mat.other quant-ph
Fast-Forwarding with NISQ Processors without Feedback Loop
预计在量子计算机上模拟量子动力学比在经典计算机上更容易。然而，目前可用的量子器件缺乏实现用于量子模拟的容错量子算法的能力。已经提出了诸如变分量子算法的混合经典量子算法以有效地使用当前项量子设备。在有噪声的中间尺度量子（NISQ）时代，一种有前途的量子模拟方法是基于对角化的方法，其中一些有前途的例子是子空间变分量子模拟器（SVQS）、变分快速转发（VFF）、固定状态变分快速转发（fs-VFF）和变分哈密顿对角化（VHD）算法。然而，这些算法需要经典计算机和量子计算机之间的反馈回路，这可能是实际应用中的关键瓶颈。在这里，我们提出了经典量子快速转发（CQFF）作为一种替代的基于对角化的算法量子模拟。CQFF与SVQS、VFF、fs-VFF和VHD有一些相似之处，但不需要经典量子反馈回路和受控多量子比特幺正。CQFF算法不受贫瘠高原问题的影响，精度可以系统地提高。此外，如果要模拟的哈密顿量被表示为张量-泡利矩阵的线性组合，则CQFF算法简化为在一组泡利旋转基中对一些多体量子态进行采样的任务，这在NISQ时代很容易做到。我们在现有的量子处理器上运行CQFF算法，并展示了CQFF算法对当前量子硬件的承诺。我们的工作提供了一个$10^4$的改进，在以前的记录。
2021-09-21 quant-ph
OnionVQE Optimization Strategy for Ground State Preparation on NISQ Devices
提出一种基于最新进展的VQE优化策略，应用于铜氧化物超导体模型哈密顿量时电路深度极浅，适合在NISQ设备上制备高质量基态近似。
2024-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Noisy intermediate scale quantum simulation of time dependent Hamiltonians
量子计算机有望帮助我们实现多体量子系统动力学的精确模拟。然而，目前NISQ设备的局限性使我们无法实现这一目标。最近提出了一种称为量子辅助模拟器的用于执行量子模拟的算法，该算法有望在当前的实验设备上实现。在这项工作中，我们扩展了量子辅助模拟器来模拟一类含时哈密顿的动力学。我们表明，量子辅助模拟器更容易实现，并且可以实现多量子位相互作用和具有挑战性的驱动协议，这是其他现有方法难以实现的。我们证明了这一点的IBM量子体验云量子计算机上的时间相关的哈密顿量的量子辅助模拟器相比，Trotterization和变分量子模拟的优越性能。此外，我们展示了模拟由10000个量子位组成的哈密顿动力学的能力。我们的研究结果表明，量子辅助模拟器是一个很有前途的算法，目前的量子硬件。
2021-08-15 quant-ph
A stabilizer framework for Contextual Subspace VQE and the noncontextual projection ansatz
量子化学是研究噪声中尺度量子器件的一个很有前途的应用。然而，到目前为止，量子计算机还没有成功地为真正具有科学意义的问题提供解决方案，即使是今天可用的普通NISQ机器，也需要算法的进步。我们讨论了一种方法的基态能量估计预测上划分的分子哈密顿分为两部分：一个是noncontextual，可以解决经典的，补充的上下文组件，产生量子校正通过变分量子本征求解器（VQE）例程。这种方法被称为上下文子空间VQE（CS-VQE），但在将其部署到NISQ设备之前，还需要克服一些障碍。我们在这里解决的问题是一个参数化的量子态的问题，我们在VQE期间对其进行优化。最初并不清楚如何在我们的CS-VQE ansätze中反映哈密顿量的分裂。我们提出了一个“非上下文投影”的方法，照亮了CS-VQE的稳定器形式主义的重新制定。这定义了从全电子结构问题到上下文子空间的一个先验限制，并促进了可以部署在NISQ设备上的CS-VQE的实现。我们使用量子模拟器验证了非上下文投影animation，本文获得的结果为一套试验分子。
2022-08-30 quant-ph
The effect of quantum noise on algorithmic perfect quantum state transfer on NISQ processors
量子游动是量子系统中经典随机游动的一种模拟。在某些类型的图上，与经典的随机游动相比，量子游动具有更小的命中时间，这导致了基于量子游动的算法的量子优势。量子漫步的一个重要特征是，它们伴随着从一个位点到另一个位点的激发转移，并且击中目标位点的时刻的特征在于在该位点上观察到激发的最大概率幅度。因此，考虑将这些问题作为量子优势演示的候选问题是有前景的，因为门错误可以涂抹出作为时间函数的转移概率的峰值，然而仍然使其可区分。我们研究了量子噪声对一个典型的量子行走问题--量子比特链上的完美态转移（PST）的命中时间和保真度的影响。我们模拟了量子比特链上的单个激发的动力学，在量子处理器的典型噪声（均匀和非均匀泡利噪声，串扰噪声，热弛豫和失相噪声）的存在下。我们发现泡利噪声主要影响激发转移保真度的峰值，而量子比特之间的串扰主要影响命中时间。关于这些噪声模式的知识使我们能够提出一个错误缓解程序，我们使用它来改进在嘈杂的量子处理器的模拟器上运行PST的结果。
2021-10-28 quant-ph
Hybrid quantum transfer learning for crack image classification on NISQ hardware
Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM（弗劳恩霍夫工业数学研究所ITWM）；University of Kaiserslautern（凯泽斯劳滕大学）
针对NISQ时代量子图像处理尺寸受限问题，提出一种混合量子迁移学习方法用于灰度图裂纹检测，并比较了PennyLane标准量子比特与IBM模拟器及真实后端的性能与训练时间。
2023-07-31 cs.AI eess.IV math.ST
A flexible high-performance simulator for verifying and benchmarking quantum circuits implemented on real hardware
在这里，我们提出了qFlex，一个灵活的张量网络的量子线路模拟器。qFlex可以计算量子硬件验证所必需的精确幅度，也可以计算低保真度幅度，以模拟噪声中等规模量子（NISQ）设备的采样。在这项工作中，我们专注于随机量子线路（RQC）的规模范围内预期的至高无上的实验。保真度$f$模拟以低于完美保真度的成本$1/f$来执行。我们还提出了一种技术，以消除在大多数张量网络方法的拒绝采样引入的开销。我们对正方形格子和Google的Bristlecone QPU进行了基准测试。我们的分析得到了NASA HPC集群Pleiades和Electra的广泛模拟的支持。对于我们计算要求最高的模拟，两个集群组合达到了20 PFLOPS（单精度）的峰值，即，$64\%$的最大可实现的性能，这代表了最大的数值计算方面的持续FLOP和节点数量利用以往任何时候都运行在美国宇航局HPC集群。最后，我们介绍了一种新的多线程，高速缓存效率张量索引置换算法的一般应用。
2019-10-10 quant-ph
Ising Meson Spectroscopy on a Noisy Digital Quantum Simulator
本研究在IBM的NISQ量子模拟器上通过淬火实验计算了带纵场1+1维量子Ising模型的能谱，展示了数字量子模拟在分析强相互作用QFTs非微扰现象（如介子束缚态）方面的潜力，可作为传统数值方法的替代方案。
2024-06-10 cond-mat.mes-hall hep-ex quant-ph
Qubit efficient quantum algorithms for the vehicle routing problem on NISQ processors
本文提出一种量子比特高效编码方案，将大规模VRPTW问题压缩到更少量子比特上，并在多种NISQ硬件上验证其近似求解效果与完整编码相当，为行业优化问题提供了可行路径。
2023-09-19 cs.DS quant-ph
Quantum Simulation of Noisy Quantum Networks
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）
针对复杂量子网络难构建、难模拟的问题，提出利用NISQ器件硬件缺陷模拟含噪量子网络的方法，可实现超经典能力的大规模精确模拟，为量子网络模拟提供高效新途径。
2025-09-29 quant-ph
Practicality of training a quantum-classical machine in the NISQ era
本文在离子阱平台上实验研究NISQ时代量子-经典混合系统的监督训练，证明遗传算法比梯度优化器更能应对噪声与多局部极小值的二分类优化景观。
2025-02-17 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Towards Accurate Quantum Chemical Calculations on Noisy Quantum Computers
针对NISQ设备上VQE受噪声影响的问题，提出三种方法（减少浴轨道、精确计算RDM、数学后处理）以提升DMET+VQE组合的精度，并在模拟器和真实设备上验证其超越经典黄金标准。
2023-11-16 quant-ph
Towards the Simulation of Large Scale Protein-Ligand Interactions on NISQ-era Quantum Computers
我们探索使用的自适应微扰理论（SAPT）作为一种简单而有效的手段来计算大分子系统之间的相互作用能与混合方法结合NISQ时代的量子和经典计算机。从变分量子本征求解器（VQE）得到的单体波函数的单粒子和双粒子约化密度矩阵，我们计算SAPT对相互作用能[SAPT（VQE）]的贡献。在第一级，这个能量产生的静电和交换的贡献，非共价结合的系统。我们从经验上发现，从理想的statevector模拟的SAPT（VQE）的相互作用能量分量显示的数量级低于相应的VQE总能量的绝对误差。因此，即使粗略优化的低深度VQE波函数，我们仍然获得次千卡/摩尔的SAPT相互作用能的精度。在SAPT（VQE）中，通过在单独的分子系统上执行计算，降低了量子要求，例如量子位数和电路深度。此外，活动空间允许包含数千个轨道的大型系统被简化为足够小的轨道集，以执行计算的量子部分。我们对SAPT（VQE）（VQE组件由理想状态矢量模拟器模拟）进行基准测试，以对抗少数小型多参考二聚体系统和含铁中心的人类癌症相关蛋白赖氨酸特异性脱甲基酶5（KDM 5A）。
2021-10-04 physics.chem-ph quant-ph
Stabilizing Quantum Simulators Of Gauge Theories Against $1/f$ Noise
本论文研究量子模拟器中规范理论的模拟，证明基于线性规范保护的方案能有效抑制 $1/f^β$ 噪声引起的非相干误差，稳定规范不变性等关键特征，适用于现代模拟和数字 NISQ 设备。
2024-02-26 quant-ph
Practical Quantum Search by Variational Quantum Eigensolver on Noisy Intermediate-scale Quantum Hardware
针对Grover搜索在NISQ硬件上因迭代深致噪声累积的问题，提出用经典优化器更新代替量子迭代的混合架构，通过最小化oracle哈密顿量期望值优化浅层参数化电路，在大于5比特时仍保持高成功概率。
2023-04-10 quant-ph
Supply Chain Logistics with Quantum and Classical Annealing Algorithms
噪声中尺度量子（NISQ）硬件几乎普遍与具有实际重要性的全尺度优化问题不兼容，这些问题可能具有许多变量和笨拙的目标函数。因此，有越来越多的文献在运筹学环境中出现的问题的小型化版本上测试量子算法。而不是采取这种方法，我们调查的问题，大量的商业价值，多卡车的供应链物流车辆路线，在规模上使用的公司在其业务。这样的问题太复杂，无法完全嵌入任何近期的量子硬件或模拟器中;我们通过采用混合工作流方法来避免面对这一挑战：我们通过每次生成一辆卡车的新的二元优化问题实例来迭代地为卡车分配路线。每个实例都有$\sim 2500$二次二进制变量，将其置于NISQ量子计算，特别是量子退火硬件可行的范围内。我们使用模拟退火和D-Wave混合求解器作为占位符来测试我们的方法，以等待量子硬件的发展。在将这些运行所建议的车辆路线馈送到高度逼真的经典供应链仿真中之后，我们发现整个供应链的性能非常出色。我们的工作给出了一套技术，可以采用在车辆路由以外的背景下应用NISQ设备在一个混合的方式，以大规模的商业利益的问题。
2022-05-09 quant-ph
Generative machine learning with tensor networks: benchmarks on near-term quantum computers
在过去的几年里，嘈杂的中等规模量子（NISQ）计算设备已经成为工业现实，这些设备的基于云的接口正在探索一系列问题的近期量子计算。由于NISQ器件对于具有已知量子优势的许多算法来说太嘈杂，因此发现近期器件的有效应用是强烈研究兴趣的主题。我们通过张量网络（TN）的角度探索NISQ设备上的量子辅助机器学习（QAML），它为设计在量子设备上调度的资源高效和表达性机器学习模型提供了一个强大的平台。特别是，我们使用经典技术设计和优化基于TN的QAML模型，然后编译这些模型以在量子硬件上运行，并演示生成矩阵乘积状态（MPS）模型。我们提出了MPS模型的广义规范形式，有助于编译到量子设备，并展示了用于编译给定拓扑和门集的贪婪算法，其在纠缠门的数量方面优于已知的通用方法，例如，hocTs，在某些情况下是一个数量级。我们提出了一个完全可解的基准问题，用于评估MPS QAML模型的性能，并提出了一个应用程序的规范MNIST手写数字数据集。通过分析原始实验计数和推断分布的统计偏差，探讨了硬件拓扑结构和日常实验噪声波动对模型性能的影响。我们还提出了去极化和读出噪声对模型性能的影响，使用硬件模拟器的参数研究。
2020-10-07 quant-ph
Quantum Poker A game for quantum computers suitable for benchmarking error mitigation techniques on NISQ devices
量子计算机即将成为商业上可用的现实。它们代表了计算领域的范式转变，具有陡峭的学习梯度。游戏的创建是一种减轻初学者过渡的方式。我们提出了一个类似于扑克变体德州扑克的游戏，目的是作为一个引人入胜的教学工具来学习量子计算的基本规则。量子态、量子操作和测量的概念可以以一种有趣的方式学习。与经典变体的不同之处在于，公共牌被“随机”初始化的量子寄存器所取代，每个玩家的牌被从一组可用门中随机抽取的量子门所取代。每个玩家都可以用他们的卡片创建一个量子线路，目的是最大化在计算基础中测量的$1$的数量。利用了叠加、纠缠和量子门的基本概念。我们提供了一个使用Qiskit的概念验证实现。对使用模拟器和IBM机器创建的电路的结果进行了比较，表明当代量子计算机的错误率仍然很高。为了使有噪声的中尺度量子计算机（NISQ）取得成功，即使是简单的电路，也需要改进错误率和错误缓解技术。我们表明，量子误差缓解（QEM）技术可以用来提高实际量子设备上的可观测量的期望值。
2020-03-23 physics.pop-ph quant-ph
Machine learning of quantum channels on NISQ devices
提出一种神经网络算法，通过有效量子信道的重复作用逼近离散时间动力学，并在Lindblad动力学和ibmq_ehlingen量子处理器上验证其推断量子信道的能力，为未知物理动力学提供实用工具。
2024-11-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
A novel approach to noisy gates for simulating quantum computers
本文提出通过修改无噪声门构造可纳入环境效应的噪声门，以更准确模拟 NISQ 量子计算机，并在最多18量子比特实验中优于 Qiskit。
2023-09-20 quant-ph
Quantum Compiling with Reinforcement Learning on a Superconducting Processor
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）
针对NISQ处理器需短量子电路的需求，提出基于强化学习的超导处理器量子编译器，能生成更短且适配硬件的高保真电路，为量子编译软硬件协同设计提供参考。
2024-06-18 cs.LG quant-ph
Suppression of $1/f$ noise in quantum simulators of gauge theories
在当前对越来越复杂的规范理论现象进行量子模拟的过程中，有必要设计出一些方案，以便在不同的实验平台上控制和抑制不可避免的规范破坏误差。虽然已经有几种成功的方法来解决相干误差，相对而言，在退相干方面做得很少。通过数值求解相应的Bloch-Redfield方程，我们表明，最近开发的方法\textit{linear gauge protection}抑制规范违反的增长，由于$1/f^β$噪声$1/V^β$，其中$V$是保护强度和$β>0$，在阿贝尔格点规范理论，我们通过$\mathrm{U}(1)$量子链模型和$\mathbb{Z}_2$格点规范理论的示例性结果显示。我们支持我们的数值结果与分析推导，通过随时间变化的微扰理论。我们的研究结果是直接适用于现代模拟量子模拟器和数字NISQ设备。
2022-10-12 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
A Site-Resolved 2D Quantum Simulator with Hundreds of Trapped Ions
该研究在二维离子阱系统中实现512个离子稳定囚禁与位点分辨读出，用300个离子完成可调长程伊辛模型量子模拟及动力学探测，为大规模离子阱量子模拟与NISQ算法运行奠定基础。
2024-04-11 quant-ph
Variational Quantum Eigensolver with Reduced Circuit Complexity
变分量子本征求解器（VQE）是求解含噪声中尺度量子器件上给定哈密顿量的本征值和本征向量的最有前途的算法之一。一个特别的应用是获得分子的基态或激发态。实际实现目前受到量子线路复杂性的限制。本文提出了一种新的方法来降低VQE中电子结构计算的量子线路复杂度。我们的算法，被称为quantiterVQE，将初始量子位空间分割成子空间（量子位簇），这些子空间进一步分布在各个（较浅的）量子线路上。基于反映量子比特之间最大纠缠的量子互信息来获得团簇，而不同团簇之间的纠缠通过新的“打扮”哈密顿量来考虑。因此，与标准VQE相比，ChronterVQE可以使用更少的量子位和更浅的电路深度来精确模拟问题，但需要额外的经典资源。此外，在这项工作中，一个新的梯度测量方法，而不使用辅助量子比特也被开发。几个分子系统的量子模拟器的基础上，以及IBM量子设备与伴随的错误缓解的原理证明演示。新算法的效率与量子比特-ADAPT-VQE和迭代量子比特耦合簇（iQCC）相当，甚至比其更高，这是最先进的电路高效VQE方法，用于在NISQ硬件上获得分子的变化基态能量。最重要的是，新的VQE算法同时减少了量子位数和电路深度，使其成为NISQ设备上量子化学模拟的潜在领导者。
2021-06-14 quant-ph
Many-body physics in the NISQ era: quantum programming a discrete time crystal
最近在噪声、中间尺度量子（NISQ）器件领域的进展为多体物理学提供了一个令人兴奋的机会，通过引入具有前所未有的控制和测量能力的新实验室平台。我们探讨了NISQ平台在实际意义上对多体物理学的影响：我们问，在量子统计力学领域，它们可能比传统的实验平台更容易实现哪些{ \it物理现象}。作为一个特别适合的目标，我们确定离散时间晶体（DTC），新的非平衡态的物质，打破时间平移对称性。这些只能在由无序诱导的多体局域化稳定的周期驱动量子系统的内在非平衡设置中实现。虽然DTC的前体已经在各种实验平台上观察到-从捕获的离子到氮空位中心到NMR晶体-但没有一个具有\emph{all}，这是实现该阶段完全成熟的化身以及检测其签名远程\emph{spatiotemporal order}的必要成分。我们表明，新一代的量子模拟器可以编程实现DTC阶段，并通过实验检测其动力学特性，一项任务，需要广泛的可编程性，初始化和读出能力。具体来说，谷歌的Sycamore处理器的架构与手头的任务非常接近。我们还讨论了环境退相干的影响，以及如何将它们与来自封闭系统热化动力学的“内部”退相干区分开来。已经与现有的技术和噪声水平，我们发现DTC时空秩序将是可观察的数百个周期，随着硬件的进步，参数的改进。
2021-09-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
Hardware-efficient entangled measurements for variational quantum algorithms
本文提出硬件高效纠缠测量（HEEM），仅允许物理相连量子比特间纠缠，在不增加电路深度的情况下减少所需电路数量，从而提升NISQ设备上分子哈密顿量评估效率，并在H₂O分子基态能量估计中验证其优于局域测量和任意纠缠测量。
2023-05-26 quant-ph
Discovering hydrodynamic equations of many-body quantum systems
模拟和预测量子多体系统的动力学是极具挑战性的，即使是最先进的计算方法，由于纠缠在整个系统中的传播。然而，在长波长极限下，量子系统通常允许简化的描述，这涉及一小部分物理可观测量，并且只需要几个参数，例如声速或粘度。揭示这些流体动力学方程和微观理论之间的关系通常需要凝聚态理论家付出巨大的努力。在本文中，我们开发了一个新的机器学习框架，用于从有限的可用数据集自动发现有效的方程，从而绕过复杂的分析推导。数据可以从数值模拟中生成，也可以来自实验量子模拟器平台。使用可积模型，可以进行直接比较，我们再现以前已知的流体动力学方程，惊人地发现新的方程，并提供他们的推导只要可能。我们发现新的流体动力学方程描述相互作用系统的动力学，推导仍然是一个突出的挑战。我们的方法提供了一个新的解释方法来研究量子材料和量子模拟器在非微扰制度的性质。
2021-11-03 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el nlin.SI
Comparing a Few Qubit Systems for Superconducting Hardware Compatibility and Circuit Design Sensitivity in Qiskit
Democritus University of Thrace（色雷斯民主大学）
本文通过IBM Sherbrooke 127量子处理器研究三种基本电路在4到10个量子比特上的性能，探讨电路复杂度、噪声鲁棒性和资源利用之间的权衡，揭示材料属性对量子电路可靠性的影响。
2026-04-04 quant-ph
Scalable parallel simulation of quantum circuits on CPU and GPU systems
本研究为Q$^2$Chemistry量子电路模拟器提出CPU/GPU并行化方案，通过批量缓冲、依赖感知门收缩和多门并行显著提速，并优于现有开源模拟器。
2025-09-08 quant-ph
Noisy simulations of Quantum Walk and Quantum Walk search via Quantum Cellular Automata on a semiconducting spin processor emulator
Aix Marseille Univ, CNRS, LIS（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，信息系统实验室）
本文通过量子单元自动机在半导体自旋处理器模拟器上实现量子漫步和搜索算法的噪声模拟，并展示了其在NISQ时代的应用潜力。
2025-12-11 quant-ph
Improved FRQI on superconducting processors and its restrictions in the NISQ era
Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM（弗劳恩霍夫工业数学研究所）；University of Kaiserslautern（凯泽斯劳滕大学）
在图像处理中，待处理的数据量快速增长，特别是当成像方法产生多于二维的图像或图像的时间序列时。因此，有效的处理是一个挑战，因为数据大小甚至可能将超级计算机推向极限。量子图像处理有望用比图像中的经典像素更少的量子比特来编码图像。从理论上讲，这是一个巨大的进步，但到目前为止，在实践中进行的实验并不多，特别是在真正的后端上。通常，经典数据到量子态的精确转换、精确实现以及在经典背景下对测量的解释都是具有挑战性的。我们在本文中调查这些实际问题。特别是，我们研究了量子图像的灵活表示（FRQI）的可行性。此外，我们通过实验检查了当前嘈杂的中间尺度量子时代的极限是什么，即在模拟器和真实后端上可以对图像进行编码的图像大小。最后，我们提出了一种方法来简化电路所需的FRQI。通过我们的修改，所需的门的数量，特别是易于出错的受控非门的数量，可以减少。因此，可管理的图像的大小增加。
2021-10-29 cs.LG eess.IV quant-ph
Erasure conversion in a high-fidelity Rydberg quantum simulator
本研究在高保真里德堡量子模拟器中实现了擦除转换与贝尔态生成，通过快速成像碱土原子检测泄漏误差，将贝尔态保真度提升至0.9985以上，并揭示了误差对量子模拟结果的影响。
2023-10-12 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Staircase Prethermalization and Constrained Dynamics in Lattice Gauge Theories
格点规范理论的动力学特性是具有丰富的局域对称性约束。虽然破坏规范对称性的错误在NISQ时代的量子模拟器中自然出现，但它们对规范理论动力学的影响还没有得到充分的研究。正如我们所展示的，强度为$λ$的小规范破缺导致了长寿命的预热平台的阶梯。预热平台的数量随着物质场$L$的数量而增加，最后一个平台在时间尺度$λ^{-L/2}$达到，显示出伴随的动力学减慢与局部规范约束的数量的密切关系。我们的结果预示着NISQ量子器件，因为它们表明规范不变性破坏的扩散时标在系统尺寸上呈指数级延迟。
2020-08-04 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
