Simple Quantum State Encodings for Hybrid Programming of Quantum Simulators
特别是稀疏的量子态可以用简单的经典数据结构有效地编码。我们展示了使用经典数据库对量子态进行编码的可行性，并提出了进一步优化量子模拟的方法，以更简单的“半量子”电路为目标。
2022-04-23 quant-ph
Hybrid Programming for Near-term Quantum Computing Systems
最近涉及量子处理单元（QPU）的计算已经证明了混合经典量子编程，编译，执行以及验证和验证所固有的一系列挑战。尽管取得了相当大的进展，但系统级噪声，有限的低级指令集，远程访问模型以及整体缺乏可移植性和经典集成，提出了必须克服的近期编程挑战，以便实现可靠的科学量子计算并支持强大的硬件基准测试。在这项工作中，我们借鉴我们在编程QPU的经验，以确定共同的问题和挑战，并详细介绍了在当前的混合经典-量子计算范例中减轻这些挑战的最佳实践。在此讨论之后，我们将介绍XACC量子编译和执行框架，作为一种与硬件和语言无关的解决方案，可以解决许多混合编程挑战。XACC支持可扩展的方法，用于跨日益多样化的QPU集管理各种编程、编译和执行问题。我们使用最近的核物理模拟来说明该框架如何减轻编程，编译和执行挑战，并管理QPU增强的科学应用程序中存在的复杂工作流程。最后，我们编纂的混合科学计算工作流程，以确定未来需要改进的关键领域。
2018-05-23 quant-ph
ONDA: A High-Level Quantum Programming Language with Sequential Execution and Conditional Branching
本文提出高级量子编程语言 ONDA，利用自主量子微架构支持顺序执行、条件分支与循环等控制结构，从而降低量子编程复杂度。
2025-03-18 quant-ph
Operational Semantics and Type Soundness of Quantum Programming Language LanQ
我们提出了一个命令式量子编程语言LanQ，它的目的是支持量子和经典编程和基本的进程操作的组合-进程创建和进程间通信。因此，该语言可以用于实现经典和量子算法和协议。它的语法类似于C语言，这使得现有程序员很容易学习。在本文中，我们提出了操作语义的语言和类型的可靠性证明的非通信部分的语言。我们提供了一个量子随机数生成器的运行示例。
2007-08-07 quant-ph
Limitations on post-processing assisted quantum programming
量子计数器是一种可编程器件，它可以根据插入其中的编程量子态来实现不同观测量的测量。这种布置相对于单一用途器件的优点在于其多功能性：人们可以简单地通过改变编程状态来实现各种测量。测量输出数据的经典操作称为后处理。在这项工作中，我们研究了后处理辅助量子编程，这是一个协议，量子编程和经典的后处理相结合。我们提供的例子表明，这两个过程相结合，可以更有效地比他们单独使用。此外，我们推导出一个不等式的编程资源，其相应的编程可观的，从而使我们能够研究的限制后处理辅助量子编程。
2017-05-09 quant-ph
Classical and Quantum Data Interaction in Programming Languages: A Runtime Architecture
我们提出了一个运行时架构，可用于量子编程语言及其编程环境的开发。所提出的运行时架构能够在经典数据和量子数据之间进行动态交互，遵循量子计算机在云中作为批处理计算机可用的限制，在其执行期间不与经典计算机进行交互。这是通过将量子代码生成留给运行时并引入量子测量的未来概念来完成的。当在量子编程语言中实现时，这些策略旨在促进量子应用程序的开发，特别是对于初学者和学生。该运行时架构适用于当前的噪声中尺度量子计算机，也适用于仿真和未来的容错量子计算机。
2020-05-29 cs.PL quant-ph
Extending the OmpSs-2 Programming Model for Hybrid Quantum-Classical Programming
本研究扩展OmpSs-2编程模型以支持量子计算机卸载，通过修改Clang编译器和Nanos6运行时，并开发网络模拟器，用四个示例验证了混合量子-经典编程的可行性。
2025-02-28 cs.ET quant-ph
Semidefinite programming strong converse bounds for classical capacity
研究了量子信道中无信令（NS）和正部分转置保持（PPT）码辅助下的经典通信问题，给出了在给定传输速率下的最优成功概率和单次$ε$错误容量的半定规划（SDP）形式.在此基础上，我们得到了一般量子信道在纠缠辅助码和无辅助码下的改进的SDP有限块长逆界。此外，我们得到了两个SDP强逆界的经典容量一般量子信道：对于任何代码的速率超过任何两个界限的信道，成功的概率指数快速消失的信道使用的数量增加。特别是，应用我们的有效计算的界限，我们推导出一个改进的振幅阻尼通道的经典容量的上限。我们还建立了一类新的量子信道的经典和私有容量的强逆性质。最后，我们研究了零错误设置，并提供了有效的可计算的上界一般量子信道的单次零错误容量。
2018-07-12 quant-ph
Higher-order semantics for quantum programming languages with classical control
本论文以类型论为理论框架，分三个层次研究量子计算的范畴形式化。我们研究的第一阶段涉及匕首λ演算的创建，匕首紧范畴的λ演算。我们的第二个贡献提升了表达能力的匕首λ演算，量子程序设计语言，通过添加经典控制的形式互补的经典结构和dualisers。最后，我们的第三个贡献演示了如何我们的λ演算可以应用到各种众所周知的量子计算问题。
2013-11-26 cs.LO cs.PL math.CT
Qumin, a minimalist quantum programming language
在这项工作中，我们介绍Qumin，一种新的量子程序设计语言，重点是提供一个易于使用的，极简的，高层次的，易于扩展的平台，量子编程。Qumin的设计集中于通过使用两种子语言来涵盖经典和量子计算之间的各种交互：一种是处理经典准备和控制的非类型子语言，另一种是显式处理量子例程的线性类型子语言。这使得语言的经典部分可以自由地用于一般编程，同时对量子部分施加限制，以执行量子计算的规则，如量子比特的不可克隆。我们描述了语言的理论基础，在lambda演算和线性类型系统方面，以及更实际的问题，如算法和有用的编程工具，如矩阵和Oracle生成器，简化了程序的经典和量子片段的相互作用的实现。最后，我们提供了一个实验性的开源实现的解释器，typechecker和相关工具的语言（可以在\url{https://github.com/wintershammer/QImp}中找到）。
2017-04-14 cs.PL quant-ph
GUPPY: Pythonic Quantum-Classical Programming
本文介绍 Guppy，一种嵌入 Python 的领域特定语言，用于以 Pythonic 语法编写高级混合量子程序，支持复杂控制流，并可在真实量子硬件上运行。
2025-10-14 cs.PL cs.SE quant-ph
Quingo: A Programming Framework for Heterogeneous Quantum-Classical Computing with NISQ Features
噪声中尺度量子（NISQ）系统的控制复杂性不断增加，强调了将量子硬件与量子软件集成的必要性。在将异构量子经典计算（HQCC）算法映射到NISQ硬件上执行时，我们观察到量子编程语言（QPL）中的一些不满意之处，包括难以映射到硬件，表达能力有限以及违反直觉的代码。此外，有噪声的量子比特需要重复进行量子实验，这些实验明确地操作低级配置，例如操作的脉冲和定时。该要求超出了大多数现有QPL的范围或能力。我们总结了三种执行模型来描述现有QPL的量子经典相互作用。基于改进的HQCC模型，我们提出了Quingo框架来集成和管理量子经典软件和硬件，以提供HQCC应用程序的可编程性，并将其映射到NISQ硬件。我们提出了一个六阶段的量子程序生命周期模型匹配的改进HQCC模型，这是由一个运行时系统实现。我们还提出了Quingo编程语言，这是一种外部特定领域的语言，突出了基于定时器的定时控制和不透明操作定义，可用于描述量子实验。我们相信，Quingo框架有助于澄清未来HQC CC系统设计中的关键技术。
2021-08-07 cs.PL quant-ph
QuECT: A New Quantum Programming Paradigm
量子计算构成了计算机科学的一个迅速扩展的子领域。有效的量子编程语言的可用性促进了量子算法的开发，文献中已经提出了大量的方法，从基于GUI的简单工具到精心设计的独立编程语言。在本文中，我们提出了一种新的范例称为量子嵌入电路技术（QuECT），允许程序员嵌入一个电路图在一个经典的“主机”语言。该范式可以在任何现代古典语言中实现。作者使用Java开发了一个原型。
2011-04-04 cs.PL quant-ph
Playing Dice with the Universe: Programming Quantum Computers to Play Traditional Games
University of Victoria（维多利亚大学）；Flatiron Institute（平研究所）
利用量子计算机编程玩传统游戏，通过隐式表示所有可能路径来识别最优策略，无需硬编码或机器学习策略。
2026-07-28 cs.ET quant-ph
Quantum and classical coin-flipping protocols based on bit-commitment and their point games
我们专注于一个家庭的量子硬币翻转协议的基础上比特承诺。我们讨论了如何半定规划配方的作弊策略可以减少到优化的线性组合的保真度函数在一个多面体。这些原来是更简单的半定程序，可以使用二阶锥规划问题建模。然后，我们使用这些简化来构建他们的点游戏，由Kitaev开发。我们还研究了这些协议的经典版本，并使用线性优化来制定最佳的作弊策略。然后，我们构建了经典协议的点博弈，以及使用量子情况下的分析。我们从最优化理论的角度讨论了经典和量子协议及其点博弈之间的哲学联系。特别是，我们观察到的物理理论（从经典到量子）的频谱和凸优化问题（从线性规划到半定规划，通过二阶锥规划）的频谱之间的类比。在这个类比中，经典系统对应于线性规划问题，系统中量子特征的水平与优化方面半定规划模型的复杂程度相关。关于安全性分析，我们使用经典的点博弈来证明，这种类型的每一个经典的协议允许完全确定硬币翻转的一方。使用量子和经典协议之间的关系，我们表明，只有“经典”的协议可以饱和Kitaev的下界强硬币翻转。此外，如果Alice和Bob的最佳作弊概率的乘积是1/2，则一方可以以概率1作弊。这就排除了这种类型的量子协议达到最佳安全级别的可能性。
2015-04-16 cs.CR math.OC quant-ph
QCOR: A Language Extension Specification for the Heterogeneous Quantum-Classical Model of Computation
量子计算是一种新兴的计算范式，它利用量子力学的定律来执行基本的逻辑运算。现有的量子计算编程模型在设计时考虑了容错硬件，设想了独立的应用程序。然而，近期的量子计算机容易受到噪声的影响，这限制了它们的独立实用性。为了更好地利用有噪声的量子设备的有限计算强度，已经提出了混合算法，由此量子计算机以异构方式与它们的经典对应物一起使用。这种{ \it工作方式}需要一种编程模型和一种高级程序设计语言，在单一源代码范例中原生地无缝支持异构量子经典硬件架构。由于缺乏这样的模型，我们引入了一个语言扩展规范，称为QCOR，使单源量子经典编程。使用QCOR库和基于指令的语言扩展编写的程序可以编译为功能混合二进制可执行文件。在定义了QCOR的编程模型、内存模型和执行模型之后，我们讨论了QCOR如何实现变分、迭代和前馈量子计算。QCOR以与硬件无关的异构方式实现量子经典计算，并努力构建高性能计算（HPC）的最佳实践。开发语言中的高抽象级别旨在加速熟悉经典HPC的研究人员采用量子计算。
2019-09-05 cs.PL quant-ph
Moderate Exponential-time Quantum Dynamic Programming Across the Subsets for Scheduling Problems
本文针对一类NP难单机调度问题及三机流水车间问题，提出结合量子最小值查找与动态规划的有界误差混合算法，在可能增加伪多项式因子的代价下降低指数部分复杂度。
2024-08-11 math.OC quant-ph
Enabling Multi-threading in Heterogeneous Quantum-Classical Programming Models
本文在QCOR编程模型中引入基于C++的多线程与异步并行结构，通过增强线程安全性和消除数据竞争提升量子-经典异构平台的并行性能，实验表明并行执行多个量子内核可显著加速并改善强可扩展性。
2023-03-16 cs.DC quant-ph
Cove: A Practical Quantum Computer Programming Framework
虽然还没有商业存在，量子计算机有能力解决某些类别的问题，这些问题在现有的基于图灵机的（经典）计算机上无法有效解决。要使量子计算机发挥作用，必须存在对其进行编程的方法。目前存在对量子计算机进行编程的提议，但所有现有的量子计算机都存在缺陷，使得它们在商业软件开发环境中不切实际。Cove是一个用于编程量子计算机的框架，它扩展了现有的经典语言以允许量子计算，从而为商业软件开发人员提供了一个量子计算工具包。由于Cove的目标用户是商业开发人员，因此它是一个面向对象的框架，可用于多种语言，并强调完整的文档。Cove的重点并不是软件产品，而是使量子计算对普通开发人员实用的基本概念。
2009-11-12 cs.PL quant-ph
Programming with Quantum Communication
这项工作开发了一个正式的框架，用于指定，实现和分析量子通信协议。我们提供的工具，开发简单的证明和分析程序，涉及通信，无论是通过量子信道和展示LOCC（本地操作，经典通信）的范例。
2009-07-29 cs.LO cs.PL quant-ph
