Closed-loop calculations of electronic structure on a quantum processor and a classical supercomputer at full scale
本研究利用 Heron 量子处理器与 Fugaku 超级计算机的 152,064 个节点构建闭环工作流，实现了最大规模的电子结构混合计算，精度媲美部分全经典近似方法，突破了量子与经典高性能计算融合的极限。
2025-10-31 cond-mat.str-el physics.comp-ph quant-ph
Measuring the Capabilities of Quantum Computers
量子计算机现在已经解决了一个被认为是超级计算机难以解决的专门问题，这表明量子处理器可能很快就会在科学上重要的问题上超越超级计算机。但是每个量子处理器中的缺陷都会导致量子程序中的错误，从而限制了它的能力，目前很难预测特定处理器可以成功运行哪些程序。我们介绍了可以有效测试任何可编程量子计算机能力的技术，并将其应用于12个处理器。我们的实验表明，目前的硬件遭受复杂的错误，导致结构化的程序失败的数量级早-衡量程序大小-比无序的。因此，从随机无序程序行为推断的标准错误度量不能准确地预测有用程序的性能。我们的方法提供了高效，可靠和可扩展的基准，可以有针对性地预测量子计算机在现实世界问题上的性能。
2022-01-20 quant-ph
Chemistry Beyond the Scale of Exact Diagonalization on a Quantum-Centric Supercomputer
研究提出一种量子中心超级计算架构，结合Heron超导处理器与超级计算机Fugaku，通过经典分布式计算卸载电子结构模拟中的非量子组件，成功模拟了超越精确对角化规模的复杂化学问题。
2025-07-13 cond-mat.other physics.chem-ph physics.comp-ph
Redefining the Quantum Supremacy Baseline With a New Generation Sunway Supercomputer
在嘈杂的中间尺度量子计算机时代的一个重要里程碑是\textit{quantum supremacy} [Nature \textbf{574}，505（2019）]在$53$量子位的Sycamore量子处理器上声称，它可以在$200$秒内执行随机电路采样任务，而在Summit上估计同样的任务需要$10,000$年的运行时间。这一记录最近在祖冲之$2.0$（$56$量子比特）和祖冲之$2.1$（$60$量子比特）量子处理器上的两个实验中得到了更新。在量子霸权比较的另一方面，经典模拟算法和底层硬件也在不断改进。而要为这些量子霸权实验的计算优势提供合理的理由，就需要在目前尚缺乏的顶级超级计算机上实际模拟相同的问题。在这里，我们报告了这些问题的全尺寸模拟新一代Sunway超级计算机，基于定制的张量网络收缩算法。我们的基准测试表明，在Sycamore上执行的最具挑战性的采样任务可以在$1$周内完成，从而推翻了Sycamore的量子霸权主张。此外，我们表明，XEB结晶的\textit{quantum supremacy circuits}与$14$周期可以在几分钟内验证，这也提供了强一致性检查的量子霸权实验。我们的研究结果使用新一代Sunway超级计算机重新定义了量子霸权基线。
2021-11-22 quant-ph
QuEST and High Performance Simulation of Quantum Computers
我们介绍QuEST，量子精确仿真工具包，并将其与ProjectQ，qHipster和最近的量子++分布式实现进行比较。QuEST是第一个开放源代码的、混合了OpenMP和MPI的、GPU加速的通用量子线路模拟器。作为一个C库，它的设计使用户的代码可以无缝地部署到任何平台，从笔记本电脑到超级计算机。QuEST能够模拟一般单量子比特门和多量子比特控制门的通用量子线路，在纯态和混合态上，表示为状态矢量和密度矩阵，以及存在退相干的情况下。使用ARCUS Phase-B和ARCHER超级计算机，我们对QuEST模拟的随机电路进行了基准测试，这些电路高达38个量子位，分布在多达2048个计算节点上，每个节点最多有24个核心。我们直接比较了QuEST和ProjectQ在单机上的性能，并讨论了QuEST、qHipster和Quantum++在分发策略上的差异。QuEST在多核和分布式架构上显示出出色的可扩展性，无论是强还是弱。
2018-12-04 quant-ph
Scaling up to Problem Sizes: An Environmental Life Cycle Assessment of Quantum Computing
该研究利用生命周期评估建立超导量子计算机的环境概况，并与等效超级计算机比较，揭示问题规模、使用时间和量子纠错对环境优势的影响。
2025-03-15 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
On the meaning of "quantum supremacy" experiments
对最近报道的Google量子器件实现“量子霸权”的实验结果进行了批判性的讨论。谷歌团队构建了一个基于约瑟夫森结技术的量子混沌系统，目前的超级计算机无法可靠地模拟。然而，类似的“霸权”可以实现适当设计的微机械装置，如周期性强制杜芬振荡器，使用现有的石英钟技术。还提醒，经典和量子混沌系统的行为以类似的方式。因此，在这种情况下，人们应该谈论“模拟霸权”而不是“量子霸权”，这意味着即使现在机械模拟计算机也可以胜过超级计算机，因为计算任务可以简化为对混沌系统产生的遍历测量进行采样。
2020-01-03 quant-ph
Quantum Digital Twins for Uncertainty Quantification
针对量子处理单元噪声限制量子优势发挥的问题，研究构建了量子处理单元的虚拟版本量子数字孪生，在5个模拟并行量子计算机的量子数字孪身上部署混合量子系综，可辅助分析实际器件噪声、模拟并行量子处理单元助力分布式任务尽早实现量子优势。
2024-10-29 quant-ph
What is Quantum Computer Security?
本文提出量子计算机安全的概念，即保护量子计算机免受安全攻击，与保护经典计算机的后量子密码学形成互补。
2025-10-07 cs.CR quant-ph
0.5 Petabyte Simulation of a 45-Qubit Quantum Circuit
近期的量子计算机将很快达到直接模拟的挑战性尺寸，即使使用最强大的超级计算机也是如此。然而，使用经典计算机模拟这些早期设备的能力对于校准、验证和基准测试至关重要。为了充分利用具有多核和众核处理器的系统的潜力，我们使用自动代码生成和计算内核的优化，这也实现了性能的可移植性。我们将调度算法应用于量子霸权电路，以减少所需的通信，并在Cori II超级计算机上使用8，192个节点和0.5 PB内存模拟45量子位电路。据我们所知，这构成了迄今为止最大的量子线路模拟。我们高度调整的内核与降低的通信要求相结合，使解决方案的时间比最先进的模拟在每个尺度上都提高了一个数量级以上。
2017-09-18 cs.DC cs.ET quant-ph
Massively parallel quantum computer simulator, eleven years later
11年前在这本杂志上描述的通用量子计算机的大规模并行模拟器的修订版本，用于在当今一些最强大的超级计算机上对各种基于门的量子算法进行基准测试。波函数的自适应编码将内存需求降低了8倍，使得在神威太湖之光和K计算机上模拟高达48个量子位的通用量子计算机成为可能。该模拟器在Sunway TaihuLight、K计算机、IBM Blue Gene/Q和基于Intel Xeon的集群上表现出接近理想的弱缩放行为，这意味着并行化和硬件的组合可以跟踪由于量子比特数量增加而导致的指数缩放。给出了在包含48个量子比特的量子计算机上执行简单量子线路和Shor因子分解算法的结果。
2018-12-11 physics.comp-ph quant-ph
Classical Sampling of Random Quantum Circuits with Bounded Fidelity
随机电路采样已经成为证明量子计算机优于经典超级计算机的流行手段。在量子芯片快速发展的同时，经典采样算法也越来越好。主要的挑战是生成表现出高于量子芯片的XEB保真度的位串。在这里，我们提出了一个经典的抽样算法产生的概率分布的任何给定的随机量子线路，保真度可以严格限制。具体来说，我们的算法执行拒绝采样后，最近推出的多张量收缩算法。我们表明，保真度可以通过部分收缩张量网络中的主导路径和通过调整拒绝抽样中使用的批次数来控制。作为演示，我们基于Sycamore 53量子位量子芯片的20周期电路，经典地产生了100万个保真度为0.2%的样本。虽然这项任务最初估计在Summit超级计算机上需要10，000年，但在一个相对较小的具有32个GPU的集群（Tesla V100 16GB）上使用我们的算法大约需要14.5天。此外，我们估计，对于Zuchongzhi 56量子位20周期电路，使用具有4480 GPU（Tesla A100 80GB）的Selene超级计算机可以在大约4天内产生保真度为0.066%的1M样本。
2021-12-30 quant-ph
Sampling a rare protein transition with a hybrid classical-quantum computing algorithm
Trento University（特伦托大学）；INFN-TIFPA（意大利国家核物理研究所-理论与应用物理中心）；Frankfurt Institute for Advanced Studies（法兰克福高级研究所）；University of Milan Bicocca（米兰比可卡大学）
本文提出混合经典-量子计算算法用于模拟蛋白质构象转变，通过机器学习和量子计算结合，解决传统方法在长时间尺度下的局限性，验证了量子计算在生物分子模拟中的应用潜力。
2023-11-27 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph quant-ph
A method to efficiently simulate the thermodynamical properties of the Fermi-Hubbard model on a quantum computer
Fermi-哈伯德模型包含了强关联材料的许多现象，其物理性质可以根据巨正则势按标准程序计算。一般来说，对于一维以上的晶格，没有封闭形式的解，但可以用团簇微扰理论近似解。为了模拟长程效应，如序参量，一个强大的方法来计算集团的格林函数包括通过巨正则势的变分原理找到它的自能。这为在有限温度下研究费米-哈伯德模型中的各种相变提供了可能。然而，经典的集群求解器在存储计算变量所需的存储器（或计算时间）中迅速地撞上指数墙。在这里，它从理论上表明，集群求解器可以映射到量子计算机上的子程序，其量子存储器的规模作为模拟集群中的轨道数。因此，一台拥有几十个量子比特的量子计算机可以模拟复杂费米子晶格的物理特性，而经典超级计算机是无法做到的。
2015-11-27 cond-mat.str-el quant-ph
Q$^2$Chemistry: A quantum computation platform for quantum chemistry
量子计算机为量子化学提供了新的机遇。在这篇文章中，我们提出了一个通用的，可扩展的，高效的软件包，命名为Q $^2$化学，开发量子算法和量子启发经典算法在量子化学领域。在Q $^2$ Chemistry中，波函数和哈密顿量可以方便地映射到量子比特空间，然后根据软件包中已经实现的或用户新开发的特定量子算法生成量子线路。生成的电路可以被分派到物理量子计算机（如果可用的话），或者被分派到通过在经典超级计算机上模拟量子线路来实现的内部虚拟量子计算机。如我们的基准模拟所示，高达72量子位，Q $^2$化学在模拟中等规模量子线路方面具有出色的性能。给出了Q $^2$ Chemistry在分子和周期体系模拟中的应用，并进行了性能分析。
2022-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Programming Quantum Computers Using Design Automation
量子硬件的最新发展表明，具有超过50个物理量子位的系统是可以实现的。在这种规模下，经典模拟将不再可行，并且这种量子设备有可能在某些任务中甚至超过经典超级计算机。随着量子比特数和相干时间的快速增长，量子程序编译的挑战越来越困难。这需要将量子算法的高级描述转换为可以由量子设备执行的硬件特定的低级操作。由于缺乏有效的方法，计算的某些部分仍然可以手动执行。这反过来可能导致设计差距，这将阻止量子计算机的编程。在本文中，我们讨论了全自动量子编译中的挑战。我们激励未来的研究方向，以应对这些挑战。然而，利用今天存在的算法和方法，我们演示了如何自动执行从算法到物理量子计算机的量子编程流程，用于简单的算法基准，即隐藏移位问题。我们提出并使用两个工具流调用RevKit。一个是基于ProjectQ的，目标是IBM Quantum Experience或本地模拟器，另一个是基于微软的量子编程语言Q $\#$。
2018-03-02 cs.ET quant-ph
Quantum-inspired memory-enhanced stochastic algorithms
随机模型是科学、工程和社会中高度相关的工具。最近的研究表明，新兴的量子计算技术可以大大降低模拟随机模型的内存需求。在这里，我们表明，这些最近的量子存储增强算法可以实现或近似经典。换句话说，我们表明，有可能开发量子启发的经典算法，需要更少的内存比迄今为止已知的最好的经典算法。这些算法是经典的，可以在最先进的高性能计算机上实现，这可能会增强对大规模复杂系统的研究。此外，由于内存是限制经典超级计算机性能的主要瓶颈，这是证明量子“至高无上”的最有希望的途径之一，我们预计这些想法的适应可能会进一步提高近期量子计算机达到这样一个里程碑的门槛。
2019-06-01 quant-ph
How to Build a Quantum Supercomputer: Scaling from Hundreds to Millions of Qubits
本文探讨了量子计算从数百到数百万量子比特扩展的挑战，提出通过半导体技术提升量子比特质量、系统工程方法及分布式异构量子-经典计算来实现扩展，同时分析了表面码纠错量子计算机在不同硬件规格下的资源需求及性能提升方法。
2026-09-09 cond-mat.dis-nn cs.AI cs.DC
Simulation of a Three-Nucleons System Transition on Quantum Circuits
本文以氚核为模型，利用含16个参数的变分量子电路制备三核子基态与第一激发态，并估算其能量及随偶极极化角变化的跃迁概率。
2024-12-04 quant-ph
Variational quantum algorithm based on the minimum potential energy for solving the Poisson equation
计算机辅助工程技术在现代工程发展中是不可缺少的。特别是，偏微分方程通常用于模拟物理现象的动力学，但非常大的系统通常在合理的计算时间内难以处理，即使使用超级计算机。为了克服经典计算的固有局限性，我们提出了一种求解泊松方程的变分量子算法，该算法可以在有噪声的中等规模量子器件中实现。该方法将泊松方程的总势能定义为哈密顿量，并将其分解为泡利算子和简单观测量的线性组合。然后，相对于参数化的量子态，使哈密顿量的期望值最小化。由于分解项的数量与问题的大小无关，因此该方法需要相对较少的量子测量。数值实验表明，与经典计算方法和变分量子方法相比，该方法具有更快的计算速度。我们相信，我们的方法使量子计算机辅助技术更接近未来工程开发中的应用。代码可在https://github.com/ToyotaCRDL/VQAPoisson上获得。
2022-04-25 quant-ph
Generalization of CNOT-based Discrete Circular Quantum Walk: Simulation and Effect of Gate Errors
我们研究了通用量子计算中随机游走的对应问题，以及它们在标准量子线路中的实现。量子行走最近已经得到了很好的研究与某些神谕图遍历。我们的研究重点是遍历一个1-D图，即一个圆，并展示如何实现离散的循环量子行走的量子线路构建的通用CNOT和单退出门。我们回顾了基本的量子门和电路分解，并提出了一个推广的版本的所有CNOT基于量子离散循环行走。我们在IBM量子超级计算机London IBM-Q上用5个量子比特模拟了这些电路。该量子计算机具有基于超导量子比特的非完美门，因此我们分析了误差对Walker电路保真度的影响。
2020-05-05 quant-ph
Next Steps in Quantum Computing: Computer Science's Role
计算生态系统一直对社会和技术产生着深刻的影响，并以多种方式深刻地改变了我们的生活。尽管数十年来令人印象深刻的摩尔定律、性能缩放和计算生态系统中的其他增长，但仍然存在当前或可预见的常规计算机系统无法达到的重要的潜在计算应用。具体地，存在计算应用，其复杂性随着其输入数据的大小而超线性地甚至指数地缩放，使得这些问题的计算时间或存储器要求变得难以解决有用的数据输入大小。这样的问题可能具有超过最强大的超级计算机上可以构建的存储器需求，和/或几十年或更长时间的运行时间。量子计算（QC）被许多人视为未来解决这些高复杂性或难以解决的问题的可能选择，通过用根本不同的计算范式补充经典计算。量子计算机可能有用的问题与我们目前可以构建，编程和运行的问题之间存在巨大差距。QC研究社区的目标是缩小差距，使有用的算法可以在可靠的现实世界QC硬件上运行。特别是，这个计算社区联盟（CCC）研讨会的目标是阐明计算机科学（CS）研究社区在缩小这一差距中发挥的核心作用。CS研究人员在程序设计语言的设计，系统构建，可扩展性和验证技术以及可以将实际QC从未来带到现在的架构方法方面带来了宝贵的专业知识。本报告介绍了一系列技术和非技术主题领域的问题和建议。
2019-03-25 cs.ET quant-ph
Scalable nuclear shell model calculations on noisy quantum computers
Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院卢克瑙分校）；Centre for Photonics and Quantum Communication Technology, Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院卢克瑙分校光子学与量子通信技术中心）
本研究将SQD框架首次应用于核壳模型，结合云连接的NISQ硬件与经典HPC集群，可在内存和执行时间上优于传统超级计算机，实现大规模核壳模型计算。
2026-08-18 nucl-th quant-ph
Q-Fly: An Optical Interconnect for Modular Quantum Computers
Q-Fly提出了一种多组结构的光学互连，通过减少网络跳数和光学组件来提高模块化量子计算机的稳定性和可扩展性。
2025-12-22 cs.AR quant-ph
Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers
BlueQubit；Institute of Physics, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理研究所）；XPRIZE Foundation（XPRIZE基金会）
本研究在IBM Nighthawk r2超导量子处理器上，通过61量子比特的随机电路采样，验证了量子计算优势，其36周期电路在保真度估计上超越经典模拟，仅需19秒即可完成经典超级计算机需超百年的采样任务。
2026-10-16 quant-ph
A Practical Open-Source Software Stack for a Cloud-Based Quantum Computing System
本文提出全栈开源量子计算系统OQTOPUS，覆盖云环境构建、系统运维及靠近量子计算机的transpiler、多程序并行和错误缓解等关键功能，并通过真实量子计算机实验验证，旨在降低量子计算领域进入门槛并推动标准化与开发者社区建设。
2025-07-31 quant-ph
Simulation of low-depth quantum circuits as complex undirected graphical models
具有高数量（约50）和高质量（两个量子比特门的保真度约为0.995）的量子计算机将近似地从某些概率分布中采样，超出了最先进计算机上已知经典算法的能力，实现了所谓的量子霸权的第一个里程碑。这刺激了最近的进展，在经典算法来模拟量子线路。使用交叉熵基准测试来近似多量子比特量子计算机的保真度也需要经典模拟。在这里，我们提出了一个经典的模拟算法的数值结果采样通用随机电路，在一个工作站上，更多的量子位和深度比以前报道的。例如，具有深度为37的$5 \times 9$量子位、深度为27的$7 \times 8$量子位和深度为19的（$10 \times (κ> 10)$）量子位的电路都易于采样。我们还展示了什么样的深度采样，或估计的可观的，是平凡的并行。该算法与模拟量子线路的“费曼路径”方法有关。对于低深度电路，该算法在深度乘以较小的横向尺寸或树宽上呈指数级缩放，如Boixo et.例如，从而证实了那篇论文中的界限。特别是，具有$7 \times 7$量子位和深度40的电路目前仍然遥不可及。超级计算机环境上的后续工作将收紧这一界限。
2018-01-19 quant-ph
Random circuit block-encoded matrix and a proposal of quantum LINPACK benchmark
LINPACK基准测试报告了计算机求解具有稠密随机矩阵的线性方程组的性能。虽然这项任务的设计并没有直接考虑到实际应用，但自1993年首次发布以来，LINPACK基准一直用于定义TOP500超级计算机列表。我们建议使用一个类似的基准，称为量子LINPACK基准，可以用于测量量子计算机的整机性能。量子LINPACK基准测试的成功应该被视为量子计算机执行解决线性代数问题（如线性方程组）的有用任务的最低要求。我们提出了一个输入模型称为随机电路块编码矩阵（RACBEM），这是一个适当的推广密集随机矩阵的量子设置。RACBEM模型在量子计算机上实现是有效的，并且可以被设计为最佳地适应任何给定的量子架构，依赖于黑盒量子编译器。除了求解线性系统外，RACBEM模型还可用于执行与许多物理应用相关的各种线性代数任务，例如计算谱测量、由哈密顿模拟生成的时间序列以及能量的热平均值。我们在IBM Q量子设备和量子虚拟机上实现了这些线性代数运算，并展示了它们在解决科学计算问题方面的性能。
2021-07-10 cs.NA math.NA quant-ph
Characterizing Quantum Supremacy in Near-Term Devices
在不久的将来，量子计算领域的一个关键问题是，没有纠错的量子设备是否可以执行超出最先进的经典计算机能力的明确定义的计算任务，实现所谓的量子霸权。我们研究了从（伪）随机量子线路的输出分布中采样的任务，这是对量子计算机进行基准测试的一项自然任务。至关重要的是，对这种分布进行采样传统上需要对电路进行直接的数值模拟，计算成本与量子比特的数量成指数关系。这一要求是混沌系统的典型特征。我们扩展了以前的计算复杂性的结果，更正式地认为，这个采样任务必须采取指数时间在一个经典的计算机。我们使用大量的超级计算机模拟来研究向混沌状态的收敛，用多达42个量子比特对电路进行建模-这是迄今为止为接近量子霸权的计算任务模拟的最大的量子线路。我们认为，虽然混沌状态对错误非常敏感，但量子霸权可以在短期内实现大约50个超导量子比特。我们引入交叉熵作为量子线路的一个有用的基准，它近似于电路的保真度。我们表明，交叉熵可以有效地测量时，电路模拟。除了经典的易于处理的制度，交叉熵可以外推，并与电路保真度的理论估计进行比较，以定义一个实际的量子霸权测试。
2017-04-05 quant-ph
Energetics of Trapped-Ion Quantum Computation
PQI – Portuguese Quantum Institute（葡萄牙量子研究所）；Physics of Information and Quantum Technologies Group, Centro de Física e Engenharia de Materiais Avançados (CeFEMA)（信息与量子技术物理组，先进材料与工程物理中心）；LaPMET – Laboratory of Physics for Materials and Emerging Technologies（新兴材料与技术物理实验室）；Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等理工学院）；Quantum Green Computing, Ltd.（量子绿色计算有限公司）
本文研究了囚离子量子计算的能耗问题，通过分析实验设备的各个组成部分和步骤，确定了量子计算的能耗，并探讨了在噪声中间尺度量子时代，能耗优势可能的阈值，该阈值低于预期的计算时间优势阈值。
2026-05-18 quant-ph
Energetics of Rydberg-atom Quantum Computing
PQI – Portuguese Quantum Institute（葡萄牙量子研究所）；Physics of Information and Quantum Technologies Group, Centro de Física e Engenharia de Materiais Avançados (CeFEMA)（信息与量子技术物理小组，先进材料与工程物理中心）；LaPMET – Laboratory of Physics for Materials and Emerging Technologies（材料与新兴技术物理实验室）；Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等理工学院）；Quantum Green Computing, Ltd.（量子绿色计算有限公司）
本文研究了Rydberg原子量子计算平台的能量效率，通过分析量子相位估计算法的能量消耗以及量子傅里叶变换中能量成本随量子比特数的变化，探讨了该平台在能量性能上的优势，并与经典超级计算机的傅里叶变换进行了比较。
2026-05-18 quant-ph
Superconducting Qubits: Current State of Play
超导量子比特是建造量子计算机的主要候选者，量子计算机能够实现现代超级计算机无法实现的计算。超导量子位模态已被用于演示“噪声中间尺度量子”（NISQ）技术时代的原型算法，其中未纠错的量子位被用于实现量子模拟和量子算法。随着最近多个高保真双量子比特门的演示以及可扩展超导量子比特系统中逻辑量子比特的操作，这种模式也有望实现构建更大规模纠错量子计算机的长期目标。在这篇简短的综述中，我们讨论了量子比特硬件、门实现、读出能力、早期NISQ算法实现和使用超导量子比特的量子纠错的几个最新实验进展。虽然在这项技术的许多方面继续工作肯定是必要的，但在过去几年中，概念和技术进步的步伐令人印象深刻，我们希望在这里传达这一进展所带来的兴奋。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Modeling Short-Range Microwave Networks to Scale Superconducting Quantum Computation
针对超导量子计算机扩容量子比特时的噪声与串扰问题，提出基于微波链路的小芯片分布式架构，建模验证其可降低数据移动总体错误率、延迟影响小，为量子计算规模化提供新路径。
2024-12-18 cs.AR cs.DC quant-ph
Simulating high-accuracy nuclear motion Hamiltonians using discrete variable representation and Walsh-Hadamard QROM on fault-tolerant quantum computers
BEIT Canada Inc.（BEIT加拿大公司）
本文提出一种量子算法，用于在容错量子计算机上模拟转动能哈密顿量，通过混合有限基/离散变量表示精确曲率动能算符和通用形式势能面，实现高精度量子相位估计和转动能动力学模拟，相比现有方法在逻辑量子位数和T门复杂度上具有指数级减少。
2026-04-03 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
A quantum computing concept for 1-D elastic wave simulation with exponential speedup
本文提出一维非均匀介质弹性波传播的量子计算概念，通过保持稀疏性的方程变换将离散波动方程转为薛定谔方程，并在 IBM Brisbane 上验证，有望实现相对经典计算的指数加速。
2024-05-07 physics.geo-ph quant-ph
QPanda: high-performance quantum computing framework for multiple application scenarios
随着噪声中尺度量子（Noisy Intermediate Scale Quantum，NISQ）器件的诞生，以及随机数采样和玻色子采样中“量子霸权”的验证，越来越多的领域希望利用量子计算机解决具体问题，如空气动力学设计、路线分配、金融期权预测、量子化学模拟寻找新材料、量子密码学对汽车行业安全的挑战等。但这些领域仍需要不断探索适应当前NISQ机器的量子算法，因此需要一个能够面向多场景和应用需求的量子编程框架。因此，本文提出了QPanda，一个面向应用程序的量子编程框架，具有高性能的模拟。比如基于它设计量子化学模拟算法探索新材料，构建量子机器学习框架服务金融等，这个框架实现了量子电路的高性能模拟，量子计算机和超级计算机融合处理后端的一种配置，以及NISQ机器量子程序的编译和优化方法。最后，实验表明，采用量子电路编译和优化接口的量子处理器能够高保真地执行量子作业，具有较好的仿真性能。
2022-12-29 cs.PL quant-ph
Large-Scale Simulation of Shor's Quantum Factoring Algorithm
本研究利用GPU超级计算机大规模模拟Shor量子因数分解算法，发现其实际成功率高于理论预期，提出可将单次运行成功率趋近于1的后处理流程，验证了算法的误差韧性，并分解出大尺寸半素数，提出更高难度的量子分解挑战。
2023-10-09 physics.comp-ph quant-ph
Certified randomness using a trapped-ion quantum processor
利用56量子比特囚禁离子量子计算机和随机电路采样协议，在受限对手模型下认证生成71313比特熵，展示了量子计算机在可认证随机性任务中的实际应用潜力。
2025-03-26 cs.CR cs.ET quant-ph
Quantum Supremacy Is Both Closer and Farther than It Appears
随着量子计算机在量子比特数量和保真度方面的改进，它们何时超越最先进的经典计算来完成定义明确的计算任务的问题引起了人们的广泛关注。这一里程碑的主要候选任务需要从随机量子线路定义的输出分布中进行采样。我们开发了一个完全并行的仿真工具Rollright，它不需要进程间通信（IPC）或专有硬件。我们还开发了两种方法来交换电路保真度的计算加速，以便匹配给定量子计算机的保真度-以前认为不可能完成的任务。我们报告说，与微软、IBM、阿里巴巴和谷歌的先前软件以及超级计算机和基于GPU的模拟相比，采样任务的速度大幅提升。通过使用公开的Google Cloud Computing，我们为此类模拟定价，并支持跨硬件平台的总成本比较。我们模拟近似采样电路的输出与7 x8量子位和深度1+40+1通过产生100万比特串概率与保真度0.5%，在估计成本为35184美元。仿真成本与保真度成线性比例，使用这种比例，我们估计将电路深度扩展到1+48+1会使成本增加到100万美元。将模拟缩放到采样1 M位串所需的10 M位串概率有助于将模拟与量子计算机进行比较。我们描述了改进的基准测试，降低领先的模拟器，减半的电路深度，可以在同一时间内模拟。
2018-09-26 cs.DC cs.ET quant-ph
