Ternary tree transformations are equivalent to linear encodings of the Fock basis
本研究针对费米子-量子比特映射中三叉树变换与线性编码两类方法体系独立、符号不统一的问题,提出通用描述框架,证明所有保乘积的三叉树变换均等价于Fock基的线性编码,厘清了两类方法的内在关联。
2024-12-10 quant-ph
Clifford algebras, Spin groups and qubit trees
本文介绍了由量子比特树结构导出的自旋群和Clifford代数的表示。对于三叉树的建设是更普遍的和减少二叉树正式定义删除多余的分支。通常的乔丹-维格纳结构也可以在这种方法中通过将过程提升到平凡量子比特链(主干)来正式获得。该方法也可用于对二叉树结构所对应的某些量子线路进行有效的模拟。更一般的量子比特树的建模,以及与Bravyi-Kitaev变换中使用的映射的关系,也进行了简要的讨论。
2022-12-05 cs.OH math-ph math.MP
Qubit Routing using Graph Neural Network aided Monte Carlo Tree Search
International Institute of Information Technology, Hyderabad(海得拉巴国际信息技术研究所)
近期量子硬件只能在可以相互作用的量子位上支持双量子位操作。因此,要在硬件上执行任意量子线路,编译器必须首先执行量子位路由的任务,即,通过插入额外的SWAP门或通过反转现有的CNOT门来变换所述量子线路,以满足所述目标拓扑的连通性约束。我们提出了一个量子位路由的程序,是架构不可知的,优于其他可用的路由实现各种电路基准。变换后的量子线路的深度通过利用蒙特卡洛树搜索来执行量子比特路由来最小化,并由图神经网络辅助,该图神经网络评估每个状态的值函数和动作概率。
2022-03-12 cs.LG quant-ph
Linear Circuit Synthesis using Weighted Steiner Trees
本文针对连通性受限量子设备上的 CNOT 电路优化问题,提出使用加权斯坦纳树及低成本权重启发式方法,实验表明可将 CNOT 门数量减少最多 10%。
2024-08-07 quant-ph
HATT: Hamiltonian Adaptive Ternary Tree for Optimizing Fermion-to-Qubit Mapping
本文提出HATT框架,通过三叉树映射和自底向上构建生成哈密顿量自适应的费米子到量子比特映射,降低泡利权重和电路开销,并将复杂度从O(N^4)降至O(N^3),实验显示可减少5~20%的泡利权重、门数和电路深度。
2024-11-18 cs.ET quant-ph
Complete Characterization of the Ground Space Structure of Two-Body Frustration-Free Hamiltonians for Qubits
已知在量子比特之间仅携带两体相互作用的无阻挫哈密顿量的基态的寻找问题在多项式时间内是可解的。最近还表明,对于任何这样的哈密顿量,总是有一个基态,是一个产品的单或两个量子比特状态。然而,目前还不清楚整个地面空间是否具有任何简洁的结构。在这里,我们给出了任何两体无挫挫哈密顿量的量子比特的基空间的完整特征。也就是说,它是相同树结构的树张量网络状态的跨度。这个特征使我们能够表明,确定基态简并度的问题与它的经典类似物一样难,但并不比它难。
2010-10-12 quant-ph
Minimizing minor embedding energy: an application in quantum annealing
量子退火的一个重大挑战是将现实世界的问题映射到有限连接的硬件图上。如果问题图的最大度超过硬件图的最大度,则采用较小嵌入,其中每个逻辑量子比特被映射到物理量子比特树。树中物理量子位之间的成对相互作用被设置为具有一定耦合强度$F<0$的铁磁。在这里,我们解决的问题,什么值$F$应该采取,以最大限度地提高概率,退火找到正确的基态的伊辛问题。每个逻辑量子比特的$|F|$的总和被定义为较小的嵌入能量。我们证实实验的基态概率最大化时,较小的嵌入能量最小化,受约束,没有域壁出现在与每个嵌入的逻辑量子比特相关联的每棵树的物理量子比特。我们进一步开发了一个分析下界$|F|$,满足这个约束,并表明它是一个更严格的约束比以前推导出的崔(量子信息。
2019-05-08 quant-ph
From Fermions to Qubits: A ZX-Calculus Perspective
本文利用ZX演算建立图形化框架,统一费米子到量子比特的多种映射表示,并证明三叉树映射等价于线性编码,同时给出计算二进制矩阵和识别局部编码稳定子的方法。
2025-05-09 quant-ph
Enhancing quantum state transfer efficiency in binary-tree spin networks by partially collapsing measurements
利用部分坍缩测量的优点,研究了二叉树自旋网络上的量子态转移。为此,我们首先对二叉树网络的中心量子比特进行弱测量(WM),并在整个系统的时间演化之后,对目标量子比特进行量子测量反转(QMR)。通过取QMR的最佳值,表明通过控制WM强度可以显著改善QST,并且通过选择它足够接近于1,可以实现接近完美的QST。我们还表明,如何在二叉树自旋网络的纠缠分布质量可以明显改善使用这种方法。
2016-11-16 quant-ph
Geometric Probabilities and Fibonacci Numbers for Maximally Random n-Qubit Quantum Information States
在文献[1]中介绍了Hadamard量子掷硬币的n次尝试问题和相关的广义Fibonacci数列。结果表明,对于任意数目的连续重复态,概率由Fibonacci数决定,由Tribonacci数决定,由N-Bonacci数决定.本文将这些结果推广到多比特态的直积和任意位置的重复态。计算是基于量子比特状态空间中斐波那契树的结构,在左和右方向上生长,以及树上的分支和允许路径的数量。通过将$n$ -qubit量子硬币作为具有最大Shannon熵的随机n-qubit态,我们证明了量子概率可以通过几何概率来计算.它说明了几何概率在量子信息理论中的可能应用。讨论了概率的黄金比例和n趋于无穷大的极限。
2021-10-26 quant-ph
An Improved Design for All-Photonic Quantum Repeaters
本研究针对全光量子中继器的RGS资源开销问题,提出采用树编码链路量子比特的新型RGS设计与自适应逻辑BSM方案,以更少量子比特实现更高纠缠速率,降低光学模式需求。
2024-05-20 quant-ph
Hierarchical Generation and Design of Tree-Codes for Resource-Efficient Loss-Tolerant Quantum Communications
University of Trieste(的里雅斯特大学);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Trieste Section(意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部);Institute for Quantum Optics and Quantum Information of the Austrian Academy of Sciences(奥地利科学院量子光学与量子信息研究所);Institute for Theoretical Physics, University of Innsbruck(因斯布鲁克大学理论物理研究所)
本文提出了一种高效的量子树码生成协议,通过自顶向下的快速编码解码减少信号损失,优化了树码结构并提升了容错性能,特别在量子中继协议中实现了更高的中继速率。
2026-06-05 quant-ph
The Bonsai algorithm: grow your own fermion-to-qubit mapping
提出基于三叉树形式化的 Bonsai 算法,根据量子设备拓扑生成定制费米子到量子比特映射,有效降低 SWAP 开销并优化 Pauli 权重缩放。
2023-09-12 quant-ph
Simulating quantum circuits using tree tensor networks
提出一种基于有根树张量网络在经典计算机上模拟量子电路的方法,通过固定树结构吸收单量子比特门并用奇异值分解处理双量子比特门,理论分析与数值实验证明其在特定场景下优于矩阵乘积态表示。
2023-03-22 physics.comp-ph quant-ph
Binary search trees for generalized measurement
广义量子测量(POVM或POM)对于量子通信和计算的最佳信息提取是重要的。通过Neumark扩展的标准实现需要扩展希尔伯特空间中的操作形式的大量资源。对于一个任意的测量,我们展示了如何构建一个二叉搜索树的深度对数的可能结果的数量。这可以通过将测量的量子系统耦合到被测量的探测量子位,然后迭代来实验性地实现。
2007-12-17 quant-ph
Noisy Quantum Trees: Infinite Protection Without Correction
Duke University(杜克大学)
研究噪声量子树中信息在无纠错情况下的保护机制,证明在特定噪声阈值下信息随树深度指数衰减,但经典信息和纠缠在无限深度树中仍可传播。
2024-05-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech hep-th
State complexity and quantum computation
量子态的复杂性可能与量子计算的有用性密切相关。我们使用多量子比特状态的树大小来讨论这种联系,这是一种复杂性度量,具有两个明显的(到目前为止,唯一的)特征:它原则上是可计算的,并且可以获得非平凡的下限,因此可以识别真正的复杂状态。在本文中,我们首先回顾了树大小的定义,以及最复杂的三个和四个量子比特状态的已知结果。移动到多量子位的情况下,我们重新审视了一个数学定理,用于证明树大小的下限,该树大小在量子位的数量上以超多项式的方式缩放。接下来,描述了具有超多项式树大小的状态,固有状态,Deutsch-Jozsa状态,Shor状态和子群状态。我们发现,基于测量的量子计算的通用资源状态,2D集群状态,具有超多项式树的大小。此外,我们还展示了如何有效地验证子群状态和2D簇状态的复杂性。树的大小是如何与量子计算中实现的速度有关的问题也得到了解决。我们表明,超多项式树的资源状态的大小是必不可少的测量为基础的量子计算。在量子计算的电路模型中,大的树尺寸的必要作用仍然是一个猜想,我们证明了一个较弱的版本的猜想。
2015-08-18 quant-ph
Strategies for running the QAOA at hundreds of qubits
本文研究在数百量子比特规模上减少QAOA计算开销的策略,证明预选树参数在标准及热启动QAOA中均能接近最优性能,无需参数优化即可在低深度下获得与GW算法相当的优质解。
2024-10-03 quant-ph
Computation with Unitaries and One Pure Qubit
我们定义了一个语义复杂性类的基础上的模型的量子计算只有一个纯量子比特(如Knill和Laflamme介绍),并讨论其计算能力的问题,估计一个大的酉矩阵的痕迹。我们表明,这个问题是完整的复杂性类,并得出一些进一步的基本功能的类。最后,我们讨论了一些相关的开放式结构和新的Oracle类之间的分离。
2006-11-29 quant-ph
Optimised Fermion-Qubit Encodings for Quantum Simulation with Reduced Transpiled Circuit Depth
University College London(伦敦大学学院);UCL Centre for Advanced Research Computing(伦敦大学学院高级计算研究中心)
本文提出一种确定性方法,优化三元树类编码以减少Pauli权重,无需额外辅助量子比特或交换门开销,并展示了其在多种编码方法上的应用效果。
2026-04-29 cs.ET quant-ph
Entanglement in selected Binary Tree States: Dicke/Total spin states, particle number projected BCS states
本文研究二叉树态(BTS)中任意k个量子比特子系统的纠缠熵,提出实用计算方法,并分析其标度性质、上界及与涨落的关系,以Dicke态和投影BCS态为例进行说明。
2024-05-06 cond-mat.supr-con nucl-th quant-ph
Borrowing Dirty Qubits in Quantum Programs
本文针对量子计算中洁净量子比特稀缺问题,定义脏量子比特借用的语义与安全逆计算概念,提出高效算法并验证其在特定量子电路中对脏量子比特安全逆计算的有效性,实现量子比特复用。
2025-08-24 cs.PL quant-ph
Distributed Semantics for Distributed Quantum Computing
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology(产业技术综合研究所)
研究针对量子进程演算难以提供空间组合性的问题,提出用德伊茨 - 海登描述符建模,调整后得到新进程演算,能给出系统状态局部视图,定义了进程等价概念并展示双模拟,还可对开放系统建模,成功跟踪量子比特移动。
2026-07-14 cs.PL quant-ph