Ancilla-Input and Garbage-Output Optimized Design of a Reversible Quantum Integer Multiplier
可逆逻辑在量子计算中有应用。可逆逻辑设计需要诸如辅助和垃圾量子位之类的资源来重新配置电路功能或门功能。去除垃圾量子位和辅助量子位是设计高效量子线路的关键。在文献中，已经提出了用于可逆乘法运算的多种设计。乘法硬件对于量子算法、量子密码分析和数字信号处理（DSP）应用的电路设计是必不可少的。现有的可逆量子整数乘法器的设计遭受冗余的垃圾量子比特。在这项工作中，我们提出了一个基于可逆逻辑，无垃圾和辅助量子比特优化设计的量子整数乘法器。所提出的量子整数乘法器采用了一种新的添加和旋转的方法，是特别适合于可逆的计算范例。建议的设计方法是传统的移位和添加方法的修改版本。所提出的量子整数乘法器的设计结合了基于乘法器量子比特的加或不加操作，然后是右旋转操作。所提出的量子整数乘法器的设计产生零垃圾量子比特，并且与现有的可逆量子整数乘法器的工作相比，在辅助量子比特计数方面显示出60%至90%的改进。
2016-08-03 cs.ET quant-ph
Fast Quantum Modular Exponentiation Architecture for Shor's Factorization Algorithm
我们提出了一种新的和有效的电路深度设计的Shor的量子分解算法。该电路有效地利用了基于量子傅里叶变换（QFT）Draper加法器的各种加法器来构建更复杂的算术块：量子乘法器/常数除法器和量子除法器。这些算术块被有效地构造成通用的模量子乘法器，这是用于模幂电路的基本块，这是Shor算法中计算最密集的部分。所提出的模幂运算电路具有大约$2000n^{2}$的深度，并且需要$9n+2$量子位，其中$n$是要分解的经典数的位数。所提出的设计的总量子成本是$1600n^{3}$。如果利用每个加法器单元的近似QFT实现，则电路深度可以进一步减少三倍以上。
2013-11-04 quant-ph
Foliable Operational Structures for General Probabilistic Theories
在这一章中，我们给出了一个通用的数学框架，用于操作上理解的电路的概率理论。电路由操作和导线组成。手术是器械的一种用途，导线是一种示意性装置，用于显示器械上的孔如何彼此相邻放置。数学对象是根据图形所理解的电路来定义的。特别是，我们不认为电路坐在一个背景时间。回路可以由一组导线组成的超曲面来划分。系统被定义为与导线相关联。一个可闭合的运算集合被定义为这样一个集合，对于该集合，与从该集合构建的任何电路相关联的概率既独立于对其他电路的选择，也独立于可以添加到该电路的输出的额外电路。状态可以与对应于准备的电路片段相关联。这些状态在通过对应于变换的电路片段时演化。变换的合成被处理。一些定理得到证明，其中包括排除四元数量子理论。局部层析理论的情况下（在一个系统组件上的本地测量足以确定的全球状态）被认为是。对于这样的理论，概率可以从与构成电路的操作有关的矩阵中计算出。经典概率论和量子理论作为例子展示在这个框架。
2009-12-23 gr-qc hep-th 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
Operational theory for photonic circuits: generalizing linear optics beyond quantum theory
Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät, Universität Siegen（锡根大学自然科学技术学院）；Department for Quantum Technology, Universität Münster（明斯特大学量子技术系）；Institut für Theoretische Physik, Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学理论物理研究所）
本文通过类比正交算符与相空间坐标，在广义概率论框架下将线性光学推广至量子理论之外，发现Hong-Ou-Mandel效应等经典现象在更广理论中同样存在，为复杂光子装置研究奠定基础。
2026-09-30 physics.optics quant-ph
Experimental Demonstrations of Native Implementation of Boolean Logic Hamiltonian in a Superconducting Quantum Annealer
该研究在超导量子退火机中原生实现与布尔逻辑真值表一致的 Hamiltonian，演示 NAND、NOR 及六量子比特乘法器，为电路可满足性和因式分解等领域专用量子混合计算提供可扩展方案。
2021-06-17 quant-ph
Operational Quantum Average-Case Distances
本文提出基于统计可区分性的量子平均情况距离（ACD），通过近似4-设计电路的显式函数度量量子客体，并证明其比迹距离等更适合评估NISQ设备质量。
2023-09-06 quant-ph
Time Symmetry in Operational Theories
标准的操作概率框架（我们可以在其中制定操作量子理论）是时间不对称的。这一点很清楚，因为允许操作的条件是时间不对称的。这很奇怪，因为Schoedinger方程是时间对称的，而概率论并不关心时间方向。在这项工作中，我们提供了一个时间对称的框架，一般的操作理论，特别是量子理论。标准操作量子理论的时间不对称性的最清晰的表达是确定性效应是唯一的-这意味着只有一种方法可以忽略未来-而确定性（即归一化）状态不是唯一的。在本文中，这种时间不对称性可以追溯到对运算理论最基本元素的时间不对称理解-即构建电路的运算（或框）。我们修改这允许操作具有经典收入以及这些操作的经典结果。我们建立了一个时间对称的操作框架的电路建成的操作。特别是，我们要求与电路相关的概率是相同的，无论我们在时间上向前计算还是向后计算。我们通过施加各种双重属性来做到这一点。在这些属性中，需要同一属性的向前和向后版本。在本文中，我们提供了一个新的因果关系的条件，我们称之为双重因果关系。
2021-03-31 gr-qc hep-th quant-ph
Quantum schoolbook multiplication with fewer Toffoli gates
本文提出利用受控加减电路构造量子教科书乘法器，将 Toffoli 门数量渐近减半，并在小寄存器规模下相比标准方案减少最多约30%的Toffoli门，适用于椭圆曲线密钥破解等实际应用。
2024-10-01 quant-ph
Circuit-based Modular Implementation of Quantum Ghost Imaging
当围绕鬼成像的性质（量子与经典）的争论暂停一段时间时，加强了提高鬼成像速度和质量的努力。因此，近年来该领域的研究大多数都是通过利用不同的成像介质来改善这两个目标。然而，回到激烈的争论发生，但不同的焦点，以克服固有的困难，在经典成像领域，如果我们能够利用量子信息科学提供给我们的优势，鬼成像实验可能会更实际地实现。在这项研究中，鬼成像实验的量子线路的实现，其中的散斑图案和相位掩模的编码，利用量子表示的图像。为此，我们建立了几种量子模型，即量子累加器，量子乘法器和量子除法器。我们相信这项研究将为探索利用量子计算资源实现鬼像成像提供新的动力。
2018-06-15 quant-ph
Simulation of Slow Light with Electronics Circuits
我们提出了一个电子电路，它模拟波在色散介质中的传播。该电路是由运算放大器组成的移相器阵列，可以用一维包络波动方程的离散化形式来描述。群速度可以在空间和时间上改变。它用于模拟慢光或停止光，这已经在具有电磁感应透明（EIT）的介质中实现。光脉冲的群速度控制有望成为量子信息和通信领域的一个有用工具。
2004-07-13 quant-ph
Fast quantum circuit simulation using hardware accelerated general purpose libraries
量子线路模拟器具有利用大规模硬件并行性的悠久传统。在大多数情况下，并行性由专门为量子线路定制的专用库支持。量子线路模拟器是量子软件栈的组成部分，这些软件栈主要用Python编写。我们的重点一直是Python生态系统中的易用性、实现和可维护性。我们报告了我们通过使用CuPy（一种专门为基于CUDA的GPU开发的通用库（线性代数））来模拟量子线路所获得的性能增益。与最先进的基于C++的模拟器相比，对于至高无上的电路，加速比约为2倍，对于量子乘法器，加速比约为22倍。
2021-06-26 cs.ET quant-ph
High-performance parallel classical scheme for simulating shallow quantum circuits
最近，恒定深度的量子线路被证明在解决某些问题时比经典电路更强大，例如，关于对称二进制矩阵的二维（2D）隐藏线性函数（HLF）问题。为了进一步研究经典计算模型和量子计算模型之间的边界，本文提出了一种高性能的两阶段经典方案来解决二维HLF问题的全采样变体，该方案将传统的经典并行算法和基于门的经典电路模型相结合，用于精确模拟目标浅量子线路。在合理的参数假设下，理论分析表明，对于大多数问题实例，我们的经典模拟器比近期量子处理器消耗更少的运行时间。此外，我们展示了典型的全连接的二维网格实例，通过适度的FPGA电路，并表明我们设计的并行方案是一个实际的可扩展的，高效的和操作方便的工具，用于模拟和验证当前的量子硬件执行的图状态电路。
2021-03-01 quant-ph
Detecting non-Abelian statistics of topological states on a chain of superconducting circuits
拓扑保护态的非阿贝尔统计由于其重要性和广泛的应用前景，近年来引起了人们的广泛关注。然而，由于固态材料的操作困难，非阿贝尔统计的实验实现是缺乏的。超导量子线路系统具有可扩展性和可控性，是一个很有前途的量子模拟平台。在这里，我们提出了一个计划，以证明非阿贝尔统计的拓扑保护的零能量边缘模式的超导电路链。具体地说，我们可以通过改变链中的跳跃强度和磁场来实现拓扑相变，并且实现的非阿贝尔操作可以用于拓扑量子计算。考虑到超导量子线路的优点，我们的协议可能会揭示量子计算的拓扑保护状态。
2020-02-13 quant-ph
Residue Number System (RNS) based Distributed Quantum Multiplication
针对量子乘法器Toffoli深度和T门开销高的问题，提出基于余数系统的分布式量子乘法，设计量子减一模乘法器，实现Toffoli深度降低46.018%、T门减少34.483%至86.25%。
2025-06-21 cs.AR cs.DC math.QA
Arithmetic Circuits for Multilevel Qudits Based on Quantum Fourier Transform
我们介绍了一些基本的整数运算量子线路，如各种形式的加法器和乘法器，以及对多级量子进行运算的对角算子。待处理的整数在经过傅立叶变换后以替代基表示。在两级量子比特的文献中，已经出现了几种对傅立叶变换整数进行运算的算术电路。在这里，我们将这些技术扩展到多级量子比特上，因为它们可能会提供一些相对于量子比特实现的优势。所提出的运算电路可用作诸如量子相位估计、量子模拟、量子优化等高级算法的基本构建块，但是它们也可以用于实现量子分数傅里叶变换，如在单独呈现的同伴工作中所示。
2017-09-13 cs.ET quant-ph
Proper Learning of Shallow All-to-All Quantum Circuits
Global Technology Applied Research, JPMorganChase（摩根大通全球技术应用研究）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
本研究提出元算法框架学习浅全对数量子电路，发现其在特定深度存在可学习性转变，结果对量子密码方案有启示意义。
2026-08-21 quant-ph
T-count Optimized Design of Quantum Integer Multiplication
许多量子比特的量子线路是极难实现的;因此，量子比特的数量是量子线路设计中的重要度量。此外，可扩展和可靠的量子线路是基于Clifford + T门。有效的量子线路通过减少T门的数量而不显著增加量子比特的数量来节省量子硬件资源。最近，Babu [1]提出了一种量子乘法器的设计，它在量子门数目、量子比特数目和延迟方面改进了现有的工作。然而，最近的设计不是基于容错Clifford + T门。此外，它有大量的量子位和垃圾输出。因此，本工作提出了一个T-计数优化的量子线路整数乘法只有$4 \cdot n + 1$量子比特和没有垃圾输出。所提出的量子乘法器设计节省了T计数，通过使用一种新的量子条件加法器电路。此外，在受控加法器的一个操作数为零的情况下，条件加法器被替换为Toffoli门阵列以进一步节省T门。为了与Babu最近的设计进行公平的比较，并得到实际的T计数估计，通过使用Bennett的垃圾清除方案使其无垃圾。与Babu最近的工作相比，所提出的设计实现了$47.55\%$的平均T计数节省。此外，比较也与其他最近的作品林等。[2]，and Jayashree et. al. [3]的文件。与Lin等人的近期工作相比，$62.71\%$和$26.30\%$实现了平均T计数节省。例如，和Jayashree et.例如，分别
2017-06-15 cs.ET quant-ph
Phased outcome-complete simulation
NVIDIA（英伟达）；Microsoft Quantum（微软量子）
本文提出了一种能够精确跟踪全局相位的完整模拟方法，扩展了稳定器电路的多项式时间完整模拟算法，适用于包含单量子位旋转的非稳定器电路等重要家族。
2026-03-25 quant-ph
Quantum Non-Demolition Test of Bipartite Complementarity
我们提出了一个量子线路，它实现了一个非破坏性的测量互补的单和二分属性的两个量子比特系统：纠缠和单分的可见性和可预测性。该系统必须是在一个纯粹的状态与实系数的计算基础，这使得这些属性的直接操作的解释。该电路可以在量子信息感兴趣的许多系统中实现。
2007-02-08 quant-ph
Symmetric derivatives of parametrized quantum circuits
本文提出参数化量子电路的等变与协变投影导数，证明其可导出量子 Fisher 信息和量子自然梯度，并与规范理论一致，为对称性感知的变分量子训练提供工具。
2023-12-11 quant-ph
Datta-Das transistor for atomtronic circuits using artificial gauge fields
自旋相关电注入已在存储设备中找到了有用的应用，但由于自旋轨道耦合较弱和/或自旋驰豫较强，完全运行的自旋相关半导体电子器件仍然是一项具有挑战性的任务。考虑到原子而不是电子或空穴作为自旋载流子，这些限制被解除。在这个新兴的原子电子学领域，我们证明了等效的Datta-Das晶体管使用锶原子的简并费米气体作为自旋载流子与三脚架激光束方案的相互作用。我们探讨自旋旋转的依赖性，我们确定了两个关键的控制参数，我们解释为相当于场效应晶体管的栅源和漏源电压。我们的发现拓宽了光谱的原子电子器件的操作自旋敏感电路的实施。
2022-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Wigner's Friend as a Circuit: Inter-Branch Communication Witness Benchmarks on Superconducting Quantum Hardware
Astradyne
该研究在超导量子硬件上实现了用于评估非理想通道可检测性的可重复操作约束流程，通过五量子位实例验证了跨分支通信见证的基准测试。
2026-01-22 cs.ET quant-ph
Quantum Circuit Optimization of Arithmetic circuits using ZX Calculus
本文提出基于 ZX 演算重写规则优化容错量子乘法器电路，显著减少辅助比特与 T 门数量，为复杂量子算术电路优化提供图形化方法基础。
2023-06-04 cs.ET quant-ph
Quantum Multiplier Based on Exponent Adder
提出 QMbead 量子乘法器，通过指数编码、叠加态制备与量子加法实现整数或十进制数相乘，仅需 log_2(n) 个核心量子比特，并在模拟器上以 17 量子比特完成 273 位乘法。
2024-07-07 cs.CC cs.CR math.QA
Concrete Categorical Model of a Quantum Circuit Description Language with Measurement
在本文中，我们介绍了动态提升量子电路描述语言，下面的原型Quipper语言的方法。动态提升允许程序将测量量子数据的结果（量子比特）转换为经典数据（布尔值）。我们提出了一个类型系统和操作语义的语言，我们国家的安全属性。接下来，我们介绍了一个具体的分类语义的建议的语言，我们的方法的基础上最近的模型从Rios\&Selinger的Proto-Quipper-M。我们的方法是在一个具体的电路类别上构建一个Kleisli类别，作为从量子存储器中检索经典内容的副作用。然后，我们展示了这个语义的合理性结果。
2021-10-06 cs.LO quant-ph
Parametric Synthesis of Quantum Circuits for Training Perceptron Neural Networks
本文提出了一种用于训练感知器神经网络的量子线路参数综合方法。使用Grover算法和修改的oracle函数找到突触权重。运行这些参数合成电路训练感知器的三种不同的拓扑结构的结果进行了说明。这些电路在100量子比特的IBM量子模拟器上运行。量子线路的合成使用量子合成器“Naginata”进行，该合成器是在本工作范围内开发的，其源代码已在GitHub上发布并进一步记录。本文描述了用于训练单层感知器的量子线路综合算法。目前，量子线路主要是通过人工将逻辑元件放置在象征量子比特的线路上来创建的。创建量子线路合成器“Naginata”的目的是由于这样一个事实，即使在量子算法中的操作数量略有增加，也会导致相应的量子线路的大小显着增加。这在创建和调试这些量子线路时都造成了严重的困难。我们的量子合成器的目的是使用户有机会使用更高级别的命令来实现量子算法。这是通过为常用操作创建通用块来实现的，例如：加法器，乘法器，数字比较器（比较运算符）等。因此，用户可以通过使用这些通用块来实现量子算法，量子合成器将以所选量子计算环境支持的格式为该算法创建合适的电路。这种方法大大简化了量子算法的开发和调试过程。
2022-09-20 cs.ET quant-ph
Quantum Circuit Engineering for Correcting Coherent Noise
当量子位或门被单独校准或基准化时，串扰和几个操作干扰源是不可见的。这些在同时将纠缠门应用于多个量子比特的完整量子线路的执行期间被解锁。超导交叉谐振CNOT门上的不需要的Z-Z耦合是一种常见的幺正串扰噪声，严重限制了状态保真度。这项工作提出了（1）跟踪酉错误的方法，该方法利用它们对电路中CNOT门的排列的敏感性，以及（2）通过插入精心选择的补偿门（单或双量子位）来修改原始电路的校正方案，以可能消除酉错误。在提供量子卷8和32的两种截然不同类型的IBMQ处理器上，我们的实验结果显示，[[7，1，3]]代码的失真度降低了25| +> state.我们的实验积极部署强制换向的CNOT门，以获得低噪声状态准备电路。以更少的幺正错误初始化的编码状态标志着成功演示容错量子计算机的重要一步。
2021-09-08 cs.ET quant-ph
An overview of QML with a concrete implementation in Haskell
本文介绍和概述了函数量子编程语言QML。这种语言的语法定义和解释，随着一个新的QML定义的量子传送算法。QML的范畴操作语义也简要介绍，在注释的量子线路的形式。这个定义导致了一个指称语义，给出了超算子。最后，在Haskell中实现的QML的语义作为一个编译器。编译器将QML程序作为输入，并将其解析为Haskell数据类型。编译器的输出要么是一个量子线路（可操作的），要么是一个等距（纯指称的），要么是一个超算子（不纯指称的）。讨论了QML中的可积性判断和余积问题。
2008-07-21 cs.PL quant-ph
Design of Quantum Annealing Machine for Prime Factoring
我们提出了一个在量子退火（QA）框架下运行的素因子分解机。这个想法是一个量子力学可逆乘法器的逆操作实现基于QA的布尔逻辑电路。我们设计了一个特定于应用程序的退火计算架构，有效地增加了可用的硬件预算有限的功能为代价的QA机。这些电路将通过使用超导集成电路技术来实现和制造。我们提出了一种量子位芯片/中介层/封装基板结构的三维封装方案，用于实现实际的大规模QA系统。
2017-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con cs.ET
Non-equilibrium thermodynamics of continuously measured quantum systems: a circuit-QED implementation
我们提出了一个完全可操作的框架来研究量子系统$S$的非平衡热力学，该量子系统耦合到检测器$D$，其状态被连续监测，允许挑选出$S$的各个量子轨迹。我们专注于详细的波动定理和表征系统的熵产生。我们建立根本性的差异，相对于未监测的热力学，unitarily进化系统。我们考虑电路QED的典型例子，超导量子比特可以耦合到一个连续监测的谐振器，并显示使用最先进的实验参数的数值模拟。
2018-10-26 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con quant-ph
Toward Practical-Scale Quantum Annealing Machine for Prime Factoring
我们提出了一个在量子退火（QA）框架下操作的素因子分解器。其思想是用基于QA的布尔逻辑电路实现乘法器的逆运算。我们设计了一个特定于应用程序的退火计算架构，有效地增加了可用的硬件预算有限的功能为代价的QA机。利用经典噪声源对超导磁通量子比特组成的QA逻辑门进行了电路模拟，证实了QA逻辑门的可逆操作。该电路采用Nb/AlOx/Nb约瑟夫森结超导集成电路技术实现和制造。我们还提出了一个2.5维的量子位芯片/芯片/封装基板结构的封装方案，实现实际的大规模QA系统。
2018-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
A Novel Finite Fractional Fourier Transform and its Quantum Circuit Implementation on Qudits
提出一种基于数论的离散分数傅里叶变换新定义，并构造了在素数维量子比特上的高效量子电路，其门复杂度为O(n^2)，深度为O(n)。
2025-01-25 cs.ET eess.SP hep-th
Circuit Width Estimation via Effect Typing and Linear Dependency (Long Version)
本文提出电路描述语言 Proto-Quipper-R，通过线性依赖类型与效应系统推导量子电路宽度的参数化上界，并证明其类型安全性与资源分析正确性，可验证现实量子算法。
2023-10-31 cs.LO cs.PL quant-ph
Parametric Synthesis of Computational Circuits for Complex Quantum Algorithms
目前，量子线路主要是通过人工将逻辑元件放置在象征量子比特的线路上来创建的。创建量子线路合成器“Naginata”的目的是由于这样一个事实，即使在量子算法中的操作数量略有增加，也会导致相应的量子线路的大小显着增加。这在创建和调试这些量子线路时都造成了严重的困难。我们的量子合成器的目的是使用户有机会使用更高级别的命令来实现量子算法。这是通过为常用操作创建通用块来实现的，例如：加法器，乘法器，数字比较器（比较运算符）等。因此，用户可以通过使用这些通用块来实现量子算法，量子合成器将以所选量子计算环境支持的格式为该算法创建合适的电路。这种方法大大简化了量子算法的开发和调试过程。所提出的实现量子算法的方法在机器学习领域具有潜在的应用，在这方面，我们提供了一个创建用于训练简单神经网络的电路的例子。神经网络对运输和道路综合体的技术发展具有重大影响，并且通过引入量子计算，利用量子计算有可能提高其学习过程的可靠性和效率。
2022-09-20 cs.DS cs.ET quant-ph
Rethinking Quantum Circuits
University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学）；Syddansk Universitet（南丹麦大学）
本讲义提出四种量子电路解读方式，从基础示例出发，结合ZX演算、量子纠错等内容，探索为量子电路赋予几何层的方法，无需相关先验知识。
2026-08-21 cond-mat.mes-hall cs.IT math-ph
A Categorical Model for a Quantum Circuit Description Language (Extended Abstract)
Quipper是一种用于描述量子线路族的实用编程语言。在本文中，我们形式化一个小的，但有用的片段Quipper称为Proto-Quipper-M。与它的父类Quipper不同，这种语言是类型安全的，并具有正式的指称和操作语义。原始奎珀-M也比奎珀更一般，因为它可以描述任何对称幺半群范畴中的态射族，其中量子线路只是一个例子。我们从头开始设计Proto-Quipper-M，首先给出参数和状态的一般分类模型。参数和状态之间的区别也从硬件描述语言中得知。参数是电路生成时已知的值，而状态是电路执行时已知的值。在模型中找到一些有趣的分类结构后，我们定义了适合模型的编程语言。我们通过证明类型安全性，可靠性和充分性来巩固语言和模型之间的联系。
2018-03-02 cs.PL math.CT quant-ph
