Quantum Annealing - Foundations and Frontiers
我们简要回顾了各种计算方法的最优化问题的解决方案。本文首先讨论了几种经典的算法，如Metropolis算法和模拟退火算法。我们继续描述量子方法，即绝热量子计算和量子退火。接下来，将讨论新的D-Wave计算机以及D-Wave小组在该领域的最新进展。我们提出了一套标准，可以帮助测试这些计算机的量子特性。最后，我们列出了未来研究的考虑因素。
2014-08-25 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con quant-ph
Simple upper and lower bounds on the ultimate success probability for discriminating arbitrary finite-dimensional quantum processes
我们考虑有限维量子过程，也称为量子超映射，可以由多个时间步的歧视问题。获得鉴别量子过程的最终性能具有根本的重要性，但主要是由于必须考虑量子力学允许的所有鉴别策略，包括纠缠辅助策略和自适应策略，因此具有挑战性。在要区分的进程具有内部存储器的情况下，最终性能通常更难以分析。本文给出了判别任意量子过程的最终成功概率的一个简单上界。在多激发通道鉴别的特殊情况下，可以示出，如果通道评估的数量增加1，则最终成功概率最多增加由给定通道确定的恒定因子。我们还提出了一个下界的贝叶斯更新的基础上，它具有较低的计算成本。我们的数值实验表明，建议的界限是合理的紧。所提出的界限不明确依赖于任何量子现象，并可以很容易地扩展到一个一般的操作概率理论。
2022-02-19 quant-ph
The Convergence Frontier: Integrating Machine Learning and High Performance Quantum Computing for Next-Generation Drug Discovery
Qubit Pharmaceuticals, Advanced Research Department（Qubit Pharmaceuticals 先进研究部）；Qubit Pharmaceuticals Inc, Advanced Research Department（Qubit Pharmaceuticals Inc 先进研究部）；Sorbonne Université, Laboratoire de Chimie Théorique, UMR 7616 CNRS（索邦大学理论化学实验室，CNRS UMR 7616）
本文探讨了高性能计算、机器学习和量子计算的融合如何突破药物发现中的瓶颈，通过量子准确模拟和混合量子-图形处理器架构实现真正的化学精度。
2026-04-02 cs.LG physics.chem-ph quant-ph
Snowmass Computational Frontier: Topical Group Report on Quantum Computing
量子计算将在21 $^{st}$世纪早期的高能物理（HEP）科学计划中发挥关键作用，无论是作为我们在计算前沿的能力的重大扩展，还是与量子传感和量子网络的综合。这份报告概述了量子信息科学（QIS）和HEP是如何紧密交织在一起的，从强有力的合作中受益匪浅的努力。量子计算机并不代表HEP的弯路，相反，它们将成为我们发现工具包的一个组成部分。从模拟量子场论，到充分利用最敏感的传感器套件进行新粒子搜索，甚至是数据分析，如果局限于我们目前的计算模式，这些问题都将遇到限制瓶颈。为了更深入地了解这些机会，需要轻松访问量子计算机。反过来，HEP在量子领域知识，超导技术，低温和快速微电子学以及大规模项目管理方面为国家量子生态系统带来了关键的专业知识。量子技术在整个经济中的作用预计将在未来十年内迅速增长，因此在围绕QIS的努力中确立HEP的作用非常重要。在HEP科学计划中充分实现量子技术的承诺需要强有力的支持。重要的是要投资于更广泛的量子计算生态系统提供的共同设计机会，并利用HEP的优势，以设计适合HEP科学的量子计算机。
2022-09-14 hep-ex hep-ph hep-th
Quantum Computing at the Frontiers of Biological Sciences
在生物数据中寻找有意义的结构依赖于计算技术和数据科学方法的前沿进展。然而，挑战出现了，因为我们推动生物问题的规模和复杂性的极限。大规模并行、经典计算硬件和算法的创新继续解决这些挑战中的许多挑战，但需要同时考虑新的范例，以绕过当前处理速度的障碍。因此，我们阐明了对量子计算和量子信息科学的看法，其中算法在某些应用中（如机器学习）已经证明了潜在的多项式和指数计算加速。量子计算领域在硬件和算法开发方面的成熟，也与解决跨长度和时间尺度以及科学学科问题的几项合作努力的增长相吻合。我们利用这一巧合来探索量子计算的潜力，以帮助在这样一个努力：从遗传学，基因组学，神经成像和行为表型的见解融合。通过研究跨领域计算创新的联合机会，我们强调了生物数据分析和量子计算之间需要一种共同语言。最后，我们认为当前和未来的就业前景的量子计算算法在生物科学。
2019-11-17 q-bio.GN q-bio.NC q-bio.QM
The Quantum Frontier
从比特、逻辑运算、编程语言结构等方面来看，计算的抽象模型的成功，使得人们很容易忘记计算是一个物理过程。我们所珍视的计算和信息概念是建立在经典力学的基础上的，但我们世界的物理基础是量子。在80年代早期，研究人员开始问，如果我们采用量子力学而不是经典力学的计算观点，计算将如何改变。慢慢地，一种新的计算图景出现了，它催生了各种更快的算法、新颖的密码机制和替代的通信方法。小型量子信息处理设备已经建成，正在努力建造更大的设备。即使不考虑这些设备的存在，信息处理的量子观点也为计算和信息的本质提供了重要的见解，并对我们宇宙的物理学及其与计算的联系有了更深入的理解。我们从描述信息处理的量子观点的核心的量子力学的方面开始。我们对其中一些主题给出了自己的独特观点，希望纠正常见的误解，并突出经常被忽视的方面。所描述的许多现象最初被看作是量子力学的古怪之处。正是量子信息处理，首先是量子密码学，然后是更引人注目的量子计算，扭转了局面，表明这些奇怪的东西可以付诸实践。我们接下来描述的就是这些应用。最后，我们用一节描述了留给未来工作的许多问题中的一些，特别是围绕量子信息的力量最终来自哪里的谜团。
2013-06-16 cs.GL quant-ph
Ultimate precision: Gaussian parameter estimation in flat and curved spacetime
相对论性量子精密测量提供了一个最佳的策略，在平坦和弯曲的时空量子场编码的参数估计。这些参数通常对应于感兴趣的物理量，例如适当的时间，加速度，重力场强度，以及其他时空参数。这些参数的精确估计可以在重力仪、时空探测器和引力波探测器等方面得到新的应用。以前在这个方向上的工作只考虑纯探测态。然而，在现实情况下，探测状态是混合的。在本文中，我们提供了一个框架内的量子场论的混合单模和双模高斯态的最佳精度范围的计算。这使得估计的时空参数的情况下，场状态最初是在有限的温度。
2017-05-23 quant-ph
Fundamental Physics at the Frontier of Noisy Quantum Computation
本论文在噪声量子计算前沿推进基础物理研究，通过改进量子模拟算法、误差缓解及误差管理，首次提供非弹性粒子产生的数值证据，并探索纠缠与魔幻性在散射和强子化中的作用，迈向容错量子模拟。
2026-09-25 hep-lat hep-ph nucl-th
Thermodynamic AI and the fluctuation frontier
Normal Computing Corporation（Normal计算公司）
该研究提出热力学AI统一框架，涵盖扩散模型等四类算法，提出以随机比特/模式为基础、利用涨落为资源的新型硬件计算范式，区别于量子计算，有望加速算法并推动软硬件设计。
2023-06-13 cs.AI cs.ET quant-ph
Minimax quantum tomography: the ultimate bounds on accuracy
极小极大估计量在最坏情况下具有最小可能误差（“风险”）。我们构造了具有相对熵风险的量子态层析成像的第一个极小极大估计。非自适应断层扫描的极大极小风险标度为$O(1/\sqrt{N})$，而经典概率估计的极大极小风险标度为$O(1/N)$。我们将这一缺陷追溯到采样不匹配：确定风险的未来观测可能来自于与确定估计的过去数据不同的样本空间。这使得极大极小估计非常有偏见，我们提出了一个计算上易于处理的替代方案，在最坏的情况下具有类似的行为，但在大多数状态下具有更高的精度。
2015-03-10 math.ST quant-ph stat.TH
Quantum information and statistical mechanics: an introduction to frontier
本文是对量子信息科学与统计力学这一交叉学科的简要评述。我们首先给出了一个教学性的介绍稳定剂形式主义，这是一个有效的方法来描述一类重要的量子态，所谓的稳定剂状态，和量子操作。此外，图态，这是一类与图相关联的稳定态，以及它们在基于测量的量子计算中的应用也被提及。基于稳定器的形式主义，我们回顾了两个跨学科的主题。一是量子纠错码与自旋玻璃模型的关系，这使得我们可以利用统计模型中的相位知识来分析量子纠错码的性能。二是稳定子形式与经典自旋模型的配分函数之间的关系，为经典自旋模型的配分函数的计算提供了新的量子和经典算法。
2013-06-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech 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
Simulation of many-electron systems that exchange matter with the environment
能够与环境交换{电子和原子核}的多电子系统的计算处理代表了模拟方法学的最前沿之一。交换过程发生在各种各样的自然和人工引起的现象中，这些现象与学术研究和现代技术的几个主要领域有着重大关系。在这份进展报告中，我将概述当前材料科学和化学物理中的问题，其中相应的计算方法需要具有开放边界的电子系统的概念。量子和量子/经典计算技术以不同的计算效率，概念严谨性和数值精度处理电子与环境的交换。总体情况表明，有趣的想法非常丰富，有些在实用方面具有较高的权重，另一些在概念方面具有较高的权重;从长远来看，可能的组合可能会推动该领域远远超出其目前的前沿。
2019-02-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Analyzing Machine Learning Performance in a Hybrid Quantum Computing and HPC Environment
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本研究在高性能计算环境下测试混合量子机器学习工作流的性能，通过两套HPC系统与两款量子模拟器的自底向上评估，验证了GPU相比CPU、本地系统的显著速度提升，为混合QC/HPC扩展研究提供概念验证。
2024-07-10 cs.ET cs.LG quant-ph
Quantum Frontiers in High Energy Physics
本文综述了量子技术在高能物理探测、计算与数据分析中的最新进展，重点讨论量子设备与算法在寻找新物理、研究非微扰动力学及高能标下检验量子力学方面的作用与前景。
2025-03-10 hep-ex hep-lat hep-ph
