Reduction of circuit depth by mapping qubit-based quantum gates to a qudit basis
通过在U（2）中的旋转，从N个量子比特到D = 2^N个量子比特的双射映射，我们在量子比特基上提出了一组可扩展的通用门和多重控制门。对于每个通用门（H，CNOT和T），以及NOT门和乘法控制Z门，我们描述了一种系统的方法来识别U（2）旋转的集合，以实现大小为N的任何量子点的每个门，并最大限度地使用辅助水平。根据系统的总旋转计数和门深度分析了量子门，系统以D。我们将量子基应用于Grover算法，并将电路深度与系统大小与基于量子位的电路进行比较。结果表明，与量子位电路相比，量子位电路的电路深度随着系统尺寸的增加而显著减小。特别地，多控门是降低基于量子点的系统规模的电路复杂性的驱动因素。
2022-06-15 quant-ph
Elementary gates for ternary quantum logic circuit
本文研究了三值量子逻辑电路的基本门。提出了三值控制X（TCX）门或三值控制Z（TCZ）门作为二元四元组基本门，它在任意二元四元组门的辅助下具有通用性。它简单、高效、易于实现。基于Cartan分解，我们还给出了四分之一基本门。然后研究了几种重要的三值门的综合，并讨论了它们的物理实现方案。最后，我们将这些基本门推广到更一般的量子情形，从而为二值和多值量子线路的综合提供了统一的描述。
2012-04-25 quant-ph
Optimizing T gates in Clifford+T circuit as $π/4$ rotations around Paulis
在这项工作中，我们介绍了一种新的电路优化技术，以减少T门的数量在Clifford+T电路处理T门共轭的Clifford门作为$\fracπ{4}$ -旋转周围的泡利运营商。测试的基准测试显示高达$71.43\%$和T计数的平均$42.67\%$减少，两者都超过了报告的最佳性能。我们的算法的最坏情况下的复杂度是$O(nk^2)$，其中$n$是量子比特的数量和$k$是在原始Clifford+T电路的T门的数量。
2019-03-29 quant-ph
Optimal Synthesis of Multi-Controlled Qudit Gates
我们提出了一个线性尺寸的综合的多控制Toffoli门的qudits与最多一个借来的辅助。这一个附属物甚至可以在qudit维度为奇数时保存。我们的合成导致在qudits上实现的各种量子算法的改进。特别是，我们得到（i）一个线性尺寸和一个干净的辅助合成的多控制qudit门;（ii）一个最佳尺寸和一个干净的辅助合成的酉qudit上;（iii）一个接近最佳的尺寸和辅助免费/一个借用的辅助实现的经典可逆函数qudit门。
2023-03-23 quant-ph
Learning shallow quantum circuits with many-qubit gates
本文提出首个计算高效的平均情形算法，用于学习含多量子比特门的浅 QAC$^0$ 电路，并证明所得酉算子可多对数深度综合。
2025-06-09 quant-ph
Optimal number of parametrized rotations and Hadamard gates in parametrized Clifford circuits with non-repeated parameters
本研究提出一种低复杂度高效算法，可最优缩减参数不重复的参数化Clifford电路中的参数化旋转门数量，同时证明既有Hadamard门优化流程对该类电路的最优性，算法在少内部Hadamard门的电路中效率突出。
2024-07-10 quant-ph
Synthesis of the Optimal 4-bit Reversible Circuits
可逆函数的最优综合是一个非平凡的问题。计算这种电路的主要限制因素之一是可逆函数的绝对数量。即使将合成限制为4位可逆函数，也会导致巨大的搜索空间（16！2^44个函数）。仅这样一个搜索的输出，仅计算列出每个函数的Toffoli门所需的空间，就需要超过100 TB的存储空间。在本文中，我们提出了一个算法，合成任何4位可逆规格的最佳电路。我们采用了几种技术，使问题易于处理。我们报告的结果，从几个实验，包括随机4位排列的合成，最佳合成的所有4位线性可逆电路，现有的基准函数的合成，和最佳电路的分布。我们的研究结果对量子线路的设计和优化、电路综合性能的测试以及量子信息处理领域的实验都具有重要意义。
2010-03-09 quant-ph
Optimal two-qubit quantum circuits using exchange interactions
海森堡交换相互作用是实现非局部（即，多量子位）量子门。我们考虑由交换作用实现的$(SWAP)^α$门和单量子比特门组成的量子线路。用三个$(SWAP)^α$门和六个单量子位门构造了一个通用的双量子位量子线路。我们进一步表明，三个$(SWAP)^α$门不仅是足够的，但必要的。由于已知需要六个单量子位门，因此我们的通用双量子位电路在{ \em both} $(SWAP)^α$和单量子位门的数量方面是最优的。
2005-07-15 quant-ph
Universal quantum circuit for n-qubit quantum gate: A programmable quantum gate
量子计算由于其在多项式时间内解决经典NP问题的潜力而引起了人们的广泛关注。因此，人们对建造量子计算机的兴趣越来越大。其中一个基本步骤是实现能够实现给定幺正运算的量子线路。这个任务已经解决了使用分解的酉矩阵在更简单的，直到达到量子线路只有单量子比特和hocTs门。通常目标是找到能够解决给定问题的最小量子线路。在这篇文章中，我们走了一个不同的方向。我们提出了一个通用的量子线路，它可以通过正确设置参数来实现任何特定的量子线路。换句话说，我们提出了一种可编程的量子线路。这开启了构建一个真正的量子计算机的可能性，在同一个硬件中可以实现几个不同的量子操作。提出的配置和它的光学实现进行了讨论。
2006-05-29 quant-ph
Finding Broken Gates in Quantum Circuits---Exploiting Hybrid Machine Learning
目前量子逻辑门的实现可能是高度错误的，并引入错误。为了纠正这些错误，有必要首先识别故障门。我们展示了一个程序，以诊断门故障发生在电路中使用的混合量子和经典的K-近邻（KNN）机器学习技术。我们使用诊断电路和选定的输入量子位来完成这个任务，以获得一组输出状态和参考状态之间的保真度。然后，可以存储电路的结果以用于经典的KNN算法。我们在数值上证明了在具有超过30个门和多达9个量子位的电路中定位故障门的能力，准确率超过90%。
2020-01-29 quant-ph
Nonunitary quantum circuit
将量子线路推广到非幺正电路，其组成部分是由量子测量控制的非幺正门。结果表明，一种特殊类型的单量子比特非幺正门，受控非门以及所有的单量子比特幺正门构成了非幺正量子线路的通用门集，而不需要引入辅助量子比特.一个反向测量方案被用来提高成功的非酉门操作的概率。以量子与非门和Abrams Lloyd非线性门为例进行了分析。我们的非幺正电路可以用来减少量子比特的开销，以确保容错量子计算。
2005-04-06 quant-ph
A universal quantum circuit for two-qubit transformations with three CNOT gates
我们考虑通过CNOT门和单量子比特幺正门实现两量子比特的幺正变换。我们表明，通过一个明确的量子线路，连同本地门三个CNOT门是必要的和足够的，以实现任意幺正变换的两个量子比特。我们还确定了两个量子比特门的子集，可以执行只有两个CNOT门。
2003-08-04 quant-ph
Parallelizing quantum circuit synthesis
量子线路合成是将任意幺正操作分解为来自通用集合的门序列的过程，通常是量子计算机可以有效且容错地实现的一个通用集合。随着量子计算机物理实现的改进，对能够有效合成电路组件和它们将运行的算法的工具的需求正在增长。用于精确的多量子位电路合成的现有算法在量子位的数量和电路深度上呈指数级缩放，使得在多于少数量子位上的电路的合成难以处理。即使是电路综合过程中的适度改进也可能导致重大进步，不仅推动了可解决的电路综合问题的大小的边界，而且还推动了由于具有更高效的电路而可以物理实现的边界。提出了一种基于确定性行走的量子线路综合方法。也称为伪随机游动，这些游动是一旦选择了起始点，其路径就完全确定的游动。我们应用我们的方法来构建一个并行的电路综合框架，并实现这样一个版本执行最佳的$T$计数合成的Clifford+ $T$门集。我们使用我们的软件来呈现并行化在运行时上提供显著加速的示例，以及直接确认4量子位1位全加器具有最佳的$T$ -计数7和$T$ -深度3。
2016-10-14 quant-ph
Heuristic and Optimal Synthesis of CNOT and Clifford Circuits
University College London（伦敦大学学院）
本研究针对CNOT与Clifford电路，提出最优、A*及贪心三类综合算法，可最小化两量子比特门数量或电路深度，经基准测试性能优于现有方法，相关算法已在GitHub仓库开源。
2026-09-09 quant-ph
Architecture aware compilation of quantum circuits via lazy synthesis
量子位路由是量子线路编译中的一个关键问题。它包括重写一个量子线路，通过添加尽可能少的指令，使电路符合某些体系结构的连接约束。通常，这个问题通过SWAP插入技术或使用架构感知合成算法重新合成电路的部分来解决。在这项工作中，我们提出了一个元启发式耦合的迭代方法的交换插入技术与贪婪的体系结构意识的合成例程。我们提出了两个新的编译算法的基础上，这个元启发式和比较他们的性能，以国家的最先进的量子电路编译技术的几个标准类的量子线路和显示显着减少纠缠门开销由于编译。
2022-06-02 quant-ph
Quantum Gates and Circuits
本文回顾了量子逻辑门思想产生于可逆布尔门理论的历史。我强调量子XOR或受控NOT作为量子计算的基本两位门。这个门在量子纠错网络中起着核心作用。
1997-05-07 quant-ph
Quantum Circuit Optimization Based on Dynamic Grouping and ZX-Calculus for Reducing 2-Qubit Gate Count
本文提出一种结合动态分组、ZX演算引导搜索、延迟感知布局与模拟退火的量子电路优化方法，在基准测试中平均减少18%双量子比特门，最多优于经典方法25%。
2025-07-19 quant-ph
Efficient High-Dimensional Quantum Circuit Synthesis: From Multi-Controlled Gates to Isometries and Quantum Channels
Institute for Advanced Study in Mathematics, Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学高等研究院）；School of Mathematics, Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学数学学院）
研究多控制门的量子电路合成，提出有效方案减少基本门数量，改进了现有复杂度界限，给出等距变换和量子通道的电路构造，首次提出特定条件下单控制门合成方案并建立理论下限。
2026-08-19 quant-ph
Variational Quantum Algorithm based circuit that implements the Toffoli gate with multi inputs
本文提出两种变分量子算法，仅用单量子比特门和CNOT门实现多输入Toffoli门，并通过Hilbert-Schmidt内积和可观测量期望值构造代价函数，利用PennyLane完成优化。
2023-05-30 quant-ph
Characterisation of individual gates using twirling circuits
Research Centre for Quantum Information, Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院物理研究所量子信息中心）；Institute for Quantum Science and Technology, University of Calgary（卡尔加里大学量子科学与技术研究所）；Department of Physics, Lakehead University（湖首大学物理系）
本文提出利用扭动电路对单个量子比特门进行精确表征，无需随机门平均，提升随机基准测试技术。
2026-01-17 quant-ph
Unifying gate-synthesis and magic state distillation
在量子存储器上执行计算的主要范例可以被封装为先计算后合成。最初，人们进行几轮蒸馏以创建高保真魔态，提供一个良好的T门，一个重要的量子逻辑门。随后，门合成散布许多T门与Clifford门，以实现所需的电路。我们介绍了一个统一的框架，实现了一轮蒸馏和多量子位门合成在一个单一的步骤。通常，我们的方法使用与传统合成相同数量的T门，但具有二次误差抑制的额外好处。正因为如此，需要执行的魔法状态蒸馏少了一轮，从而节省了大量资源。
2017-01-04 quant-ph
Constructing quantum circuits with global gates
有各种各样的门集合可以用来描述量子计算。在量子计算的文献中特别流行的门集合由任意单量子比特门和2量子比特CNOT门组成。然而，CNOT门并不总是可以在给定的物理量子计算机上实现的自然多量子位相互作用，需要将这些CNOT门转换为本机门集合的编译步骤。一个特别有趣的例子是离子阱量子计算机，其中自然纠缠操作可以作用于2个以上的量子位，甚至可以同时全局作用于所有量子位。这就需要一种完全不同的方法来构建有效的电路。在本文中，我们研究的问题，转换一个给定的电路，使用2-量子位门到一个使用全局门。我们的三个主要贡献如下。首先，我们找到了一个有效的算法，用于将由Clifford门和任意相位门组成的任意电路转换成由单量子比特门和与原始电路中存在的非Clifford相位的数量成比例的全局相互作用组成的电路。其次，我们找到了一个通用的策略，将一个针对所有量子位的全局门转换为一个只针对量子位子集的全局门。这种方法与未被靶向的量子位的数量线性地缩放，与在（Maslov & Nam，N. 2018）。第三，我们改进了从（Maslov & Nam，N. 2018）至6 n-8。
2021-03-05 quant-ph
Synthesis and Optimization of Reversible Circuits for Homogeneous Boolean Functions
齐次布尔函数是任何密码系统的重要组成部分。为齐次布尔函数构造优化的可逆电路的能力可能会产生在诸如量子计算机之类的新型计算范例上构建密码系统的可能性。本文提出了一种因式分解算法来综合这样的电路。
2007-10-02 quant-ph
Design and optimisation of quantum logic circuits for a three-qubit Deutsch-Jozsa algorithm implemented with optically-controlled, solid-state quantum logic gates
我们分析了量子逻辑电路的设计和优化，适用于基于光控固态量子逻辑门的三量子比特量子计算原型的实验演示。在这些门中，由供体的电子自旋携带的两个量子比特之间的相互作用由放置在它们附近的控制粒子的光激发介导。首先，我们用几何方法分析这些量子门的纠缠特性。然后，使用遗传编程算法，我们开发电路的改进Deutsch-Jozsa算法调查不同的策略，以获得短的总计算时间。我们测试了两种不同的方法，基于使用不同的纠缠门与最短的门计算时间，然而，不引入泄漏的量子信息的控制粒子。第一组利用控制相位门的快速近似作为纠缠门，而另一个任意纠缠门与第一组相比具有更短的门计算时间。我们已经确定了电路，始终较短的总计算时间时，使用受控相位门。
2009-10-09 quant-ph
Multilevel Circuit Optimization in Quantum Compilers: A Case Study
IBM Quantum Japan（IBM量子日本）；Quantum Computing Center, Keio University（庆应义塾大学量子计算中心）；Toyota Central R&D Labs., Inc.（丰田中央研发研究所）；Department of Applied Physics and Physico-Informatics, Keio University（庆应义塾大学应用物理与物理信息学系）
本研究提出量子编译器中的多级电路优化方法，通过逐级门集合降阶、简化与分解，以哈密顿量模拟电路为案例实现了CX门数量的二次方级减少，提供了电路优化的新思路。
2025-05-16 quant-ph
Optimization and Synthesis of Quantum Circuits with Global Gates
本研究提出一种基于ZX-calculus的算法，利用离子阱硬件中的Global Mølmer-Sørensen全局门优化和综合量子电路，有效减少全局纠缠操作数量，其性能优于朴素算法和Qiskit优化器。
2025-10-12 quant-ph
Quantum circuits with uniformly controlled one-qubit gates
均匀控制的单量子位门是量子门，其可以表示为作用于单个量子位的二维么正算子的直和。我们提出了一个量子门阵列，它使用最多2^{n-1} - 1个受控非门，2^{n-1}个单量子位门和一个对角n量子位门来实现这种类型的任何n量子位门。该电路是基于所谓的量子多路复用器，我们提供了一个修改后的建设。我们说明了这些门的通用性，通过将它们应用到一个一般的n-量子位门和一个本地状态的准备过程的分解。此外，我们研究他们的实现仅使用最近邻门。我们给出了所有上述应用的单量子比特和受控非门计数的上界。在所有这四种情况下，所提出的电路拓扑结构要么改善或实现先前报道的上限的门数。因此，它们为目前已知的一般门分解提供了最有效的方法。
2004-10-29 quant-ph
On the Experimental Determination of Nonlocal Characteristics of Two-Qubit Gates
Vellore Institute of Technology（维洛尔理工学院）
本文基于su(4)卡当子代数元素生成的两比特门的纠缠能力和门典型性表达式，构建量子电路来测量两比特门的这两种特性以确定其非局域特性，通过调整CNOT门数量减少测量纠缠能力的电路数量，且测量门典型性需更多非局域资源。
2026-07-15 quant-ph
Representation of Quantum Circuits with Clifford and $π/8$ Gates
本文引入了基$\{H, P, T\}$上单量子比特量子线路的规范形式的概念，其中$H$、$P$和$T$分别表示Hadamard门、相位门和$π/8$门.该基础被称为{ \it标准集}，Boykin等人[FOCS '99]已经证明了其普适性。我们的规范形式有几个很好的性质：（i）在这个基础上的每个电路可以很容易地转换为规范形式，（ii）每两个规范形式电路计算相同的酉矩阵当且仅当两个电路相同。我们还表明，酉操作的数量，可以表示在此基础上，包含在最$n$ $T$ -门电路正是$192 \cdot (3 \cdot 2^n - 2)$。
2008-06-24 quant-ph
Tight Bounds on the Synthesis of 3-bit Reversible Circuits: NFT Library
可逆电路综合问题可以归结为置换群问题。这使得Schreier-Sims算法的强生成集寻找问题，以找到紧边界的3位可逆电路的综合使用NFT库。紧界包括3位可逆电路的最大和最小长度，3位可逆电路的最大和最小代价。分析表明，更好的结果比文献中发现的成本的下限。分析还表明，有1960个通用可逆子库从主NFT库。
2013-04-25 quant-ph
Quantum Circuits for General Multiqubit Gates
我们考虑一个通用的基本门序列，它需要实现一个作用于n个量子比特的通用量子门-一个具有4^n个自由度的幺正变换。对于门序列的综合，提出了一种基于余弦-正弦矩阵分解的方法。结果是最佳的基本单量子位门的数量，4^n，比以前报道的分解需要4^n-2^n+1控制非门更有利的规模。
2004-10-29 quant-ph
Characterization, synthesis, and optimization of quantum circuits over multiple-control $\textit{Z}$-rotation gates: A systematic study
本文针对多控制 Z 旋转门量子电路，建立电路-多项式对应关系，提出最优门数综合方法与深度优化迭代算法，并在对角厄米算符和 QAOA 电路上实现电路深度平均降低 33.40% 和 15.55%。
2023-04-18 quant-ph
Pseudo-Random Circuits from Clifford Plus T-Gates
我们探讨了单量子比特的伪随机旋转和多量子比特伪随机电路的实现，这些电路仅由Clifford门和相位旋转为π/4的T门构成。这样的门集合将适合于在容错设置中执行的计算。对于单量子比特旋转，从Clifford加T构造的幺正中发现的参数分布很快接近随机旋转的参数分布，并且需要比任意单量子比特旋转构造少得多的门。对于Clifford + T伪随机电路，我们发现其矩阵元分布的高阶矩的高斯收敛性和随机矩阵元分布的指数收敛性。这些收敛速率对量子比特的数量不敏感。
2013-09-16 quant-ph
Recognizing Small-Circuit Structure in Two-Qubit Operators and Timing Hamiltonians to Compute Controlled-Not Gates
这项工作提出了数值测试，以确定是否有一个双量子比特运营商的简单的量子线路。具体来说，我们描述的公式，写在矩阵系数，表征运营商实现正好零，一个，或两个控制非（CNOT）门和所有其他门是一个量子位。本文给出了一个具有最佳CNOT门数的双量子比特电路综合算法，并以Deutsch-Josza、Shor和Grover等人的量子算法中出现的算子为例进行了说明。在另一个应用中，我们的显式数值测试允许定时给定的哈密顿量来计算CNOT模单量子位门，当这是可能的。
2003-12-31 quant-ph
Quantum-Logic Synthesis of Hermitian Gates
本文研究了将一般厄米量子门综合为一组基本量子门的问题。为此，一个扩展版本的Jacobi方法计算线性代数中的厄米矩阵的特征值被认为是所提出的综合方法的基础。介绍了基于Jacobi方法的量子线路综合方法及其优化问题。结果表明，该方法可以得到多控制y轴旋转门、多控制相移门、多控制非门和一个中对角厄米矩阵，这些可以综合成多控制泡利Z门.使用所提出的方法，它示出了如何多控制U门，其中U是一个单量子位厄米量子门，可以实现使用一个辅助量子位在任意状态的辅助电路线方面的基本门的线性数量。
2016-06-26 quant-ph
Gradient Analysis of Barren Plateau in Parameterized Quantum Circuits with multi-qubit gates
The University of Tokyo（东京大学）
本文提出了一种通用理论框架，用于分析多量子比特门构建的参数化量子电路的梯度特性，揭示了梯度方差与多量子比特门大小、量子比特数量、层数和有效参数的关系。
2026-02-05 quant-ph
QGo: Scalable Quantum Circuit Optimization Using Automated Synthesis
量子计算的当前阶段处于噪声中间尺度量子（NISQ）时代。在NISQ设备上，双量子比特门（如hocT）比单量子比特门噪声大得多，因此必须尽量减少它们的数量。量子线路综合是将任意幺正电路分解为一系列量子门的过程，并且可以用作优化工具来产生更短的电路以提高整体电路保真度。然而，合成的解决方案的时间随着量子比特的数量呈指数增长。因此，对于大量子比特规模的电路，合成是难以处理的。在本文中，我们提出了一个分层的，逐块优化框架，QGo，量子线路优化。我们的方法允许指数成本优化，以扩展到大型电路。QGo使用分区和合成的组合：1）将电路划分为一系列独立的电路块; 2）使用量子合成重新生成和优化每个块; 3）通过将所有块拼接在一起重新组成最终电路。我们进行了分析，并显示在三个不同的制度保真度的改善：小尺寸的电路上的真实设备，中等大小的电路上的噪声模拟，和大尺寸的电路上的分析模型。使用一组NISQ基准测试，我们表明，QGo可以减少CNOT门的数量，平均减少29.9%，与工业编译器（如t| ket>.当在IBM Athens系统上执行时，较短的深度导致较高的电路保真度。我们还展示了我们的QGo技术的可扩展性，以优化60+量子位的电路。我们的技术是第一次成功地采用和缩放合成的编译工具链中的大型电路的演示。总的来说，我们的方法是强大的直接纳入生产编译器工具链。
2022-03-23 quant-ph
Approximate Quantum Circuit Synthesis using Block-Encodings
量子计算的挑战之一是将酉算子综合成具有多对数门复杂度的量子线路。一般来说，通用酉的精确合成需要指数数量的门。我们提出了一种新的近似量子线路合成技术，通过放松幺正约束，并通过块编码将它们交换为辅助量子比特。这种方法将更容易合成的较小的块编码结合到用于较大运算符的量子线路中。由于使用块编码，我们的技术不限于酉算子，也可以应用于任意算子的合成。我们表明，运营商可以近似的一个典型的polyadic表达式与polylogarithmic数量的条款，可以合成与polylogarithmic门复杂度相对于矩阵维数。
2020-10-23 quant-ph
Realization of Superadiabatic Two-qubit Gates Using Parametric Modulation in Superconducting Circuits
快速、鲁棒、低串扰的双量子比特门操作是可扩展量子信息处理的关键。参数驱动门对串扰不敏感，而超绝热控制可以在不损失精度的情况下提高门的速度。我们提出并实验实现了超导量子线路上的超绝热双量子比特门。我们的研究结果表明，在接近量子极限的门速度绝热保存，除了对控制不稳定的鲁棒性。我们展示了一个CZ门的错误率为5.8 $\%$，主要受量子位退相干，有前途的未来改进和可扩展的实现。
2019-11-28 quant-ph
Faster Born probability estimation via gate merging and frame optimisation
通过经典方法估计结果概率是验证量子计算设备的重要任务。任何量子线路的结果概率都可以使用蒙特卡罗采样来估计，其中电路帧表示中存在的负性的量量化了实现特定精度所需的样本数量上的开销。在本文中，我们提出了两个经典的子例程：电路门合并和帧优化，优化电路表示，以减少采样开销。我们表明，这两个子例程的运行时规模多项式电路的大小和门的深度。我们的方法适用于一般的电路，无论生成门集，qudit尺寸和电路元件的选择框架表示。我们数值上证明，我们的方法提供了改进的缩放的负开销的所有测试情况下的随机电路与Clifford+ $T$和哈尔随机门，我们的方法的性能相比，有利地与以前的准概率模拟器的非Clifford门的数量增加。
2022-10-09 quant-ph
Experimental Demonstration of a Quantum Circuit using Linear Optics Gates
量子计算的光学方法的主要优点之一是光纤可以用来连接逻辑和存储设备以形成有用的电路，类似于传统计算机的电线。在这里，我们描述了一个简单的量子线路的实验演示，在这种电路中，两个概率异或（XOR）逻辑门结合起来计算三个输入量子比特的奇偶校验。
2005-04-05 quant-ph
A Novel Synthesis Algorithm for Reversible Circuits
本文提出了一种新的基于非搜索的可逆电路综合算法。与广泛使用的基于搜索的方法相比，我们的算法是guarantied产生的结果，可以导致一个解决方案，与更少的步骤。为了评估所提出的方法，几个电路取自文献。实验结果证实了预期的结果。
2010-04-09 quant-ph
Optimal Quantum Circuits for General Two-Qubit Gates
为了在实验上演示非平凡的量子计算，例如任意纠缠态的合成，理解如何将所需的量子计算分解为最短的单量子比特和双量子比特门序列将是有用的。我们通过提供一种方法来为最多需要3个CNOT门和15个基本单量子位门的一般双量子位门构建最佳量子线路，从而为这一努力做出贡献。此外，如果所需的双量子位门对应于纯实数幺正变换，我们提供了一个最多需要2个hocT和12个单量子位门的构造。然后，我们证明了这些结构是最佳的CNOT，y-旋转，z-旋转，和相位门的家庭。
2004-03-25 quant-ph
QFAST: Quantum Synthesis Using a Hierarchical Continuous Circuit Space
我们提出了QFAST，量子合成工具，旨在产生短路，并在实践中扩展良好。我们的贡献是：1）能够对布局和拓扑进行编码的电路的新颖表示; 2）具有迭代细化公式的分层方法，其将电路结构搜索期间的“粗粒度”快速优化与仅在最终电路实例化阶段中的良好但较慢的优化阶段相结合。与最先进的技术相比，尽管不是最佳的，但QFAST可以为领域科学家使用的“时间相关进化”算法生成更短的电路。我们还展示了我们的配方在电路深度和运行时间方面的可组合性和可调性。例如，我们展示了如何在给定的层次结构中插入最佳的第三方合成算法来生成较短的电路。可组合性实现了跨芯片架构的可移植性，这是现有方法所缺少的。
2020-03-26 quant-ph
Minimization of Quantum Circuits using Quantum Operator Forms
本文提出了一种利用量子算符形式（QOF）最小化可逆量子线路的方法，给出了基于CNOT、CV和CV $^\dagger$量子门的量子线路和量子实现可逆线路的新表示.所提出的形式是对著名的Reed-Muller形式的量子扩展，但与Reed-Muller形式不同，QOF允许使用不同的量子门。因此，QOF允许通过使用与仅多控制Toffoli门不同的门的性质来最小化量子线路。我们介绍了一组最小化规则和一个伪算法，可以用来设计电路的CNOT，CV和CV $^\dagger$量子门。我们展示了如何使用QOF来最小化可逆量子线路，以及如何使用上述量子门来获得精确的实现。
2017-01-08 quant-ph
Finding diagonal logical gates in CSS codes and circuits
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出高效算法，可从给定ansatz门中找出CSS码与电路的所有对角逻辑门，其运行时间为O(n³)，还讨论了该方法向其他门及量子位的推广，为容错量子计算提供支持。
2026-07-30 quant-ph
Quantum circuit synthesis with SQiSW
State Key Lab of Processors, Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences（处理器重点实验室，计算技术研究所，中国科学院）；School of Computer Science and Technology, University of Chinese Academy of Sciences（计算机科学与技术学院，中国科学院大学）
本文研究仅用 SQiSW 门与任意单量子比特门的量子线路综合，给出精确综合上界、8 门 Toffoli 方案及剪枝数值近似结果。
2025-10-15 quant-ph
Lower bound on the number of Toffoli gates in a classical reversible circuit through quantum information concepts
在一个经典的可逆电路中找到一个下界的Toffoli门的数量的问题得到解决。提出了一种基于量子信息概念的方法。该方法仅涉及量子信息的概念-不需要实际的物理量子计算机。以经典Shannon数据压缩为例说明了该方法。
2005-03-28 quant-ph
Time-optimal Hamiltonian simulation and gate synthesis using homogeneous local unitaries
出于实验的局限性，通常遇到的固态量子计算机的设计，我们研究的问题，非本地哈密顿模拟和非本地门合成时，只有均匀的本地幺正进行，以定制可用的相互作用。均匀（即所有子系统相同）的局部操作意味着一个更精细的分类相互作用哈密顿比非均匀的情况下，以及在哈密顿模拟的普遍性损失。对于对称双量子比特相互作用的情况下，我们提供了时间最优的协议，哈密顿模拟和门综合。
2002-03-04 quant-ph
Quantum Information processing by NMR: Implementation of Inversion-on-equality gate, Parity gate and Fanout gate
虽然通过具有少量量子比特的核磁共振（NMR）进行的量子信息处理已被很好地建立，但由于退相干/弛豫，冗长计算的实现已被证明是困难的。在这种情况下，浅电路（使用并行计算的电路）可能被证明是现实的。奇偶校验门和扇出门对于创建浅电路是必不可少的。在这篇文章中，我们实现了在3量子比特系统中的反转平等门，其次是奇偶门和扇出门的NMR，使用间接交换耦合哈密顿量下的演化。
2004-04-06 quant-ph
Experimental Implementation of Noncyclic and Nonadiabatic Geometric Quantum Gates in a Superconducting Circuit
基于几何相位的量子门具有固有的抗噪声特性，因而受到广泛关注。然而，以前的几何量子计算的实现通常需要很长的门脉冲时间。结果，由于时间消耗过大，它们的实验控制不可避免地遭受系统误差的累积干扰。在这里，我们实验上实现了一组非循环和非绝热几何量子门的超导电路，大大缩短了门时间。此外，我们还通过随机基准测试方法，实验验证了我们的通用单量子比特几何门对Rabi频率误差和量子比特频率偏移引起的误差的鲁棒性，与传统的动态门相比。此外，该方案还可以用来构造两量子比特的几何运算，同时证明了最大纠缠Bell态的产生。因此，我们的结果为在超导量子线路中实现快速、高保真度和抗错误的量子门提供了一个有希望的方法。
2022-10-07 quant-ph
Synthesis of Arbitrary Quantum Circuits to Topological Assembly: Systematic, Online and Compact
将任意量子线路变换成由表面码量子纠错码（拓扑量子纠错的变体）保护的形式是具有挑战性的，特别是如果目标是最小化开销。其中一个问题是在抽象计算所需资源的时空体积中有效地放置魔态蒸馏子电路，即所谓的蒸馏盒。这项工作提出了一个通用的，系统的，在线的方法，这样的电路的综合。蒸馏箱的放置由所谓的控制器控制。这项工作介绍了一个贪婪的调度程序生成紧凑的盒子放置。实现的软件，其源代码可在网上，是用来说明和讨论合成的例子。提出了合成和优化改进。
2017-11-04 quant-ph
Implementation of a quantum controlled-SWAP gate with photonic circuits
量子信息科学研究信息的处理和传输如何受到独特的量子力学现象的影响。双量子比特门的组合已经被用来实现量子线路，然而，可扩展性成为一个关键问题。三量子比特门的使用可以极大地简化量子线路的结构。其中，受控交换（Fredkin）门是必不可少的，因为它们可以直接应用于重要的协议，例如，纠错、指纹识别和最佳克隆。在这里，我们报告的光子量子比特的Fredkin门的实现。对于3光子Greenberger-Horne-Zeilinger态，我们在计算基础上实现了0.85的保真度和0.81的输出态保真度。估计的过程保真度为0.77，表明我们的Fredkin门可以应用于各种量子任务。
2017-04-05 quant-ph
Gate Sequence Optimization for Parameterized Quantum Circuits using Reinforcement Learning
Institute for Physics, University of Rostock（罗斯托克大学物理研究所）
针对参数化量子电路因固定纠缠层结构导致的噪声问题，提出基于强化学习的纠缠门序列优化算法，考虑量子比特连接架构并整合通用单量子比特幺正变换，减少CNOT门数量且提升态制备保真度。
2025-11-11 quant-ph
