A new quantum ripple-carry addition circuit
Steven A. Cuccaro, Thomas G. Draper, Samuel A. Kutin, David Petrie Moulton
提出了一种新的线性深度纹波进位量子加法电路。以前的加法电路需要线性的许多辅助量子位;我们的新加法器只使用单个辅助量子位。此外，我们的电路具有较低的深度和较少的门比以前的纹波进位加法器。
We present a new linear-depth ripple-carry quantum addition circuit. Previous addition circuits required linearly many ancillary qubits; our new adder uses only a single ancillary qubit. Also, our circuit has lower depth and fewer gates than previous ripple-carry adders.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Quantum adders: on the structural link between the ripple-carry and carry-lookahead techniques
该研究基于Toffoli梯的三种实现方式与量子加法器的两种基础结构，推导出六种量子加法器（含两种新设计），其中一种新型超前进位加法器性能更优，揭示了两类加法器设计的结构关联。
A Measurement-Based Form of the Out-of-Place Quantum Carry-Lookahead Adder
我们提出了一个基于测量的量子计算的量子超前进位加法器的设计。量子超前进位加法器（QCLA）比量子纹波进位加法器更快; QCLA具有对数深度，而纹波加法器具有线性深度。我们的设计是根据时间步数和使用的量子位总数进行评估的。
Optimizing T and CNOT Gates in Quantum Ripple-Carry Adders and Comparators
本文优化了量子纹波进位加法器和比较器中的T门与CNOT门，在Clifford+T门集下实现了T深度3n和CNOT深度8n，显著优于原始电路的6n T深度。
Below-threshold execution of fault-tolerant ripple-carry addition on a trapped-ion quantum computer
该研究在Quantinuum的Helios-1囚禁离子量子计算机上，结合检错码与算法校验实现容错行波进位加法，使1位加法逻辑失败率大幅降低，多位加法器性能提升，长加法器达阈值以上执行。
Resources for Measurement-Based Quantum Carry-Lookahead Adder
我们提出了一个基于测量的量子计算的量子超前进位加法器的设计。QCLA利用MBQC在单位时间内转移量子态的能力来加速加法。量子超前进位加法器（QCLA）比量子纹波进位加法器更快; QCLA具有对数深度，而纹波加法器具有线性深度。当添加长于100量子位的寄存器时，QCLA比纹波进位加法器快一个数量级，但需要更大一个数量级的簇状态。手动优化导致电路的空间资源减少$\approx$ 26%。
Circuit Design for A Measurement-Based Quantum Carry-Lookahead Adder
我们提出了一个量子超前进位加法器（QCLA）的设计和评估使用基于测量的量子计算（MBQC），称为MBQCLA。QCLA最初是为支持长距离通信的抽象并发架构而设计的，但大多数现实的架构严重限制了通信距离。量子超前进位加法器比量子纹波进位加法器更快; QCLA具有对数深度，而纹波加法器具有线性深度。MBQCLA利用MBQC在单位时间内转移量子态的能力来加速加法。MBQCLA打破了仅最近邻架构中加法电路的延迟限制：与线性最近邻架构的电路深度的$Θ(n)$限制相比，它可以达到$Θ(log n)$深度。当添加长度超过100个量子位的寄存器时，MBQCLA比脉动进位加法器快一个数量级，但需要大一个数量级的簇状态。集群状态资源可分为计算和通信;对于未优化的形式，$\approx$ 88%的资源用于通信。水平通信成本的手动优化导致就地MBQCLA电路的空间资源减少$\approx$ 12%。为了比较，图形状态量子超前进位加法器（GSQCLA）仅使用MBQCLA的空间资源的$\approx$ 9%。
On the realistic worst case analysis of quantum arithmetic circuits
我们提供的证据表明，设计量子线路时通常持有的直觉可能会产生误导。特别是，我们表明：a）减少T-计数可以增加总深度; b）在NISQ电路中用hocTs交换测量可能是有益的; c）相对相位Toffoli ancillae的基于测量的未计算可以构成电路深度的30%; d）面积和体积成本度量可能误报资源分析。我们的研究结果假设量子比特现在是，将来也仍然是一种非常稀缺的资源。结果适用于NISQ和QECC保护电路。我们的方法使用多种方式将Toffoli门分解为Clifford+T门。我们说明我们的方法在加法和乘法电路使用纹波进位。作为一个副产品的结果，我们系统地表明，对于一个实际的显着范围内的电路宽度，纹波进位加法电路比超前进位加法电路更资源有效。这些方法和电路在开源QUANTIFY软件中实现。
A New Method For Manipulating Circuits, Application To Quantum Adders
提出操控受控量子电路的新技术，实现基于量子傅里叶变换与纹波进位技术的量子加法器间的门级转译，并设计一种无辅助比特的先行进位量子加法器。
Entangled ripples and twists of light: Radial and azimuthal Laguerre-Gaussian mode entanglement
众所周知，光子可以携带类似于“扭曲”或“波纹”波前的空间结构。这种结构光场在经典物理和量子物理中都引起了极大的兴趣，其应用范围从密集通信到光-物质相互作用。利用在量子域中使用拉盖尔-高斯（LG）基的横向空间光子编码的全部优点需要控制光子的方位角（扭曲）和径向（波纹）分量。然而，径向光子自由度的精确测量已被证明是实验上具有挑战性的，主要是由于其横向振幅结构。在这里，我们证明了电信制度中的自发参量下转换产生的光子对之间的全场拉盖尔-高斯纠缠的产生和认证。通过精确地调整光学系统的状态产生和收集的参数，并采用最近开发的技术进行精确的空间模式测量，我们能够证明高达85%的结晶度和纠缠维数高达26在43维的径向和方位角LG模式空间。此外，我们研究了9个LG模群之间的双光子量子关联，展示了与模群阶数和模间串扰相关的关联结构。此外，我们展示了如何通过使用多个LG相互无偏基地的测量来显着增加高维纠缠认证的噪声鲁棒性。我们的工作证明了双光子场的完整空间结构为增强量子信息处理和通信技术所提供的潜力。
A logarithmic-depth quantum carry-lookahead adder
我们提出了一个有效的加法电路，借用技术从经典的超前进位算术电路。我们的量子超前进位（QCLA）加法器接受两个n位数，并使用O（n）辅助量子位将它们在O（log n）深度上相加。我们给出了原地和原地外的版本，以及模2^n和模2^n - 1相加的版本。以前，线性深度纹波进位加法电路一直是选择的方法。我们的工作大大降低了添加的成本，只需要稍微增加所需的量子位数。QCLA加法器可用于当前的模乘电路中，以大大减少Shor算法的运行时间。
Flexible layout of surface code computations using AutoCCZ states
我们构建了一个自校正CCZ状态（“AutoCCZ”）与嵌入式延迟选择CZ完成门传送。使用AutoCCZ状态，我们创建有效的表面码时空布局的深度限制电路（纹波进位加法）和Clifford限制电路（QROM读取）。我们的布局考虑了蒸馏和路由，基于大规模超导量子位平台的合理物理假设，并建议电路级Toffoli并行（例如使用超前进位加法器而不是纹波进位加法器）不会减少涉及不到500万个物理量子位的计算的执行时间。与以前的工作（Fowler 2012）相比，我们将延迟选择CZ的时空体积减少了4倍，并对CCZ魔态工厂（Gidney 2019）进行了几项改进。
Deutsch Algorithm on Classical Circuits
著名的Deutsch算法（DA）和Deutsch-Jozsha算法（DJA）都被用来证明量子计算机优于经典计算介质的能力。在这些理论实验中，已经表明量子计算机可以在几个步骤内确定地找到答案，尽管经典电子系统必须比量子计算机进行更多的迭代。本文证明了用普通电子器件构成的经典计算系统可以完成与量子计算机相同的任务。DA和DJA量子线路的作用就像一台模拟计算机，因此将经典数字计算机的比特与量子计算机的量子比特进行比较是不公平的。模拟信号承载线当然将比没有串行通信协议的位承载线承载更多的信息。
Noise-Resilient and Reduced Depth Approximate Adders for NISQ Quantum Computing
本文面向 NISQ 量子计算提出五种抗噪声且降低深度的近似量子加法器设计，利用直通和单 CNOT 门等低深度方案，在 IBM Qiskit 噪声实验中显著提升保真度。
Design of Efficient Reversible Logic Based Binary and BCD Adder Circuits
在这项工作中，我们提出了一类新的可逆二进制和BCD加法器电路的设计。所提出的设计主要针对辅助输入的数量和垃圾输出的数量进行优化，并且针对量子成本和延迟的可能的最佳值进行设计。首先，我们提出了两种新的可逆纹波进位加法器的设计：（i）一个没有输入进位$c_0$和没有辅助输入位，和（ii）一个输入进位$c_0$和没有辅助输入位。与文献中现有的对应物相比，所提出的没有辅助输入位的可逆纹波进位加法器设计具有更少的量子成本和逻辑深度（延迟）。在这些设计中，量子成本和延迟通过基于可逆Peres门和TR门导出设计来减少。接下来，基于以下两种方法提出了可逆BCD加法器的四种新设计：（i）在二进制模式下执行加法，并在需要时通过检测和校正应用校正以转换为BCD，以及（ii）在二进制模式下执行加法，并始终使用二进制到BCD转换器转换结果。所提出的可逆二进制和BCD加法器可以应用于各种数字信号处理应用，并构成可逆计算的重要设计组件。
Medusa: Detecting and Removing Failures for Scalable Quantum Computing
研究针对量子电路故障问题，提出美杜莎自动编译方法，利用标记预测错误、上界估计故障率并微调容错，经电路级去极化噪声评估及结构化量子电路基准测试，可降低量子纠错成本，降低大规模电路故障率。
A Digital Spreading Framework for Quantum Expectation Computation Without Rotation Gates or Arithmetic Circuits
本文提出数字扩展框架，通过修剪后的Cuccaro进位架构避免乘法运算，实现高精度的量子加权平均计算，实验显示其精度优于现有方法。
Improved Quantum Ternary Arithmetics
Qutrit（或三元）结构在许多量子系统中自然出现，特别是在某些非阿贝尔任意子系统中。我们提出了三进制可逆和量子算术的有效电路。我们的主要结果是两个家庭的三进制量子加法器，即纹波进位加法器和超前进位加法器电路的推导。与二进制情况的主要区别是三进制进位的形式更复杂，这导致在通用三进制门集合上实现更高的资源计数。我们的三进制纹波加法器电路具有$O(n)$的电路深度，并且仅使用$1$辅助电路，使其在电路深度和宽度方面都比以前的构造更有效。我们的三进制超前进位电路只有$O(\log\,n)$的电路深度，同时使用$O(n)$辅助电路。我们的方法工作在两个层次上的抽象：在第一级，算术电路的描述给出的门序列，使用各种类型的非Clifford反射。在第二个层次上，我们进一步分解这些反射，从两个quutrit克利福德门和非克利福德门$C(X): |i,j\rangle \mapsto |i, j + δ_{i,2} \mod 3\rangle$或从两个quutrit克利福德门和非克利福德门$P_9=\mbox{diag}(e^{-2 π\, i/9},1,e^{2 π\, i/9})$导出它们。基本门集合的两种选择对应于到两种不同的预期量子计算架构上的两种可能的映射，我们分别称之为元基和超元基。最后，我们开发了一种方法，使用多元多项式在三进制有限域上的对角酉因子，它允许描述可以在超元基上精确实现的门…
T-count and Qubit Optimized Quantum Circuit Designs of Carry Lookahead Adder
在硬件中实现量子算法需要加法等算术运算的量子线路。基于Clifford+T门的量子线路被使用，因为它们可以被制成对噪声的容忍。使用Clifford+T门和纠错码获得容错的折衷是T门的高实现开销。因此，在量子线路的设计中，T计数性能的度量变得非常重要。由于噪声，量子线路计算中的错误风险随着电路中的栅极层的数量（或深度）增加而增加。因此，诸如量子超前进位加法器（QCLA）之类的低深度电路引起了研究人员的注意。这项工作提出了两个QCLA设计，每个优化的T计数或量子位成本分别强调。显示了每种设计的在位和不在位版本。建议的QCLA与现有工程的T计数进行比较。所提出的用于错位加法的QCLA分别实现了$54.34 \%$和$37.21 \%$的平均T门节省。所提出的用于就地加法的QCLA实现了$72.11 \%$和$35.87 \%$的平均T门节省
Quantum noise in large-scale coherent nonlinear photonic circuits
提出了一种研究大规模光路中量子噪声的半经典模拟方法。电路求解器用于生成定义一组随机微分方程的矩阵，其中谐振器场变量表示维格纳准概率分布的随机采样。虽然半经典的方法涉及到大光子数近似，一个和两个谐振器电路的测试表明，令人满意的协议之间的半经典和全量子模拟结果的参数制度的利益。半经典模型被用来模拟一个包含88个谐振器和数百个元件的大规模电路中的随机误差，并作为一个4位纹波计数器。作为通态光子数的函数的错误率进行检查，并且观察到量子波动幅度不会随着信号通过电路传播而增加，这是可扩展性的一个重要属性。
Quantum hardware noise learning via differentiable Kraus representation on tensor networks
本文提出通过可微Kraus算符学习量子硬件噪声，利用矩阵乘积密度算符模型模拟电路，并在IBM Fez处理器上验证了方法的有效性，展示了其在不同电路中的泛化能力。
Approximate encoded permutations and piecewise quantum adders
我们提出了一个范例，用于构建近似的量子线路从可逆的经典电路，操作在许多可能的编码的输入，并发送几乎所有的编码的输入到正确的输出的编码。我们引入了不经意进位跑道，它使用分段加法电路来执行近似编码加法，并减少了$O(\lg \lg n)$加法的渐近深度。我们证明了模整数的陪集表示（Zalka 2006）是一个近似的编码模加法，并且它可以与不经意进位跑道结合使用。我们证明这些近似表示的误差范围，并使用它们来构建2s-补加法器和模加法器的成本比以前的工作中的寄存器大小在实践中相关的较低。
AlchemQ: Proof-Carrying Quantum Circuit Optimization with Per-Result Equivalence Certificates
AlchemQ将不受信任的束搜索优化器与可机器检查的逐结果证书相结合，通过ZX演算和数值回退证明等价性，确保每个优化电路可验证且无回归，在100电路基准上全部通过认证并检测所有突变。
Single Spin Logic Implementation of VLSI Adders
在单自旋逻辑（SSL）范例中，利用量子点（qd）和自旋极化扫描隧道显微镜（SPSTM）实现了一些重要的VLSI加法器电路。这些加法器电路之间的一个简单的比较表明，在SSL中的镜像加法器的实现并没有进行任何优势，CMOS加法器的复杂性和数量的量子点，相反的趋势，在他们的电荷为基础的同行。相反，SSL中的传输门加法器、静态和动态曼彻斯特进位门加法器降低了量子点的复杂度和数量，与晶体管加法器中所示的趋势相协调。
Simulation of Quantum Circuits via Stabilizer Frames
通用量子电路模拟对于传统计算机来说似乎是棘手的，并且可能是不必要的，因为有用的量子电路表现出可以在模拟期间利用的重要结构。例如，Gottesman和Knill确定了一个重要的子类，称为稳定器电路，可以使用群论技术和量子物理学的见解有效地模拟。富含量子纠错码和容错程序的现实电路由稳定子电路主导，并且包含相对少量的非Clifford分量。因此，我们开发了新的数据结构和算法来促进此类电路的并行仿真。稳定器框架提供比以前的方法更紧凑的存储，但需要更复杂的簿记。我们的实现，称为Quipu，模拟某些量子算术电路（例如，可逆纹波进位加法器）在多项式时间和空间中用于$n$量子比特的相等叠加。在这种情况下，已知的线性代数模拟技术，例如（现有技术的）基于BDD的模拟器QuIDDPro，花费指数时间。我们模拟量子傅里叶变换和量子容错电路使用Quipu，结果表明，我们的稳定器为基础的技术经验优于QuIDDPro在所有情况下。虽然以前的高性能，量子电路的结构感知模拟很难并行化，但我们证明Quipu可以并行化，具有非平凡的计算加速。
Tradeoff between noise and banding in a quantum adder with qudits
本文研究任意维度量子加法器的资源需求，证明受控旋转门数量上界，并揭示噪声下带状限制使恒定深度近似电路更优，同时提出用一维自旋链实现量子加法的方案。
Quantum Circuit Realization and Grover Cryptanalysis of the Hybrid ARX-SPN Cipher GFSPX
针对轻量级分组密码GFSPX，提出量子电路优化实现并利用Grover算法进行密钥恢复攻击，评估其量子安全性。
Quantum Carry Lookahead Adders for NISQ and Quantum Image Processing
量子硬件设计的进展正在朝着足够大的机器发展，以开始在加密和物理等学科中实现量子算法。用于加法的量子线路是在这些机器上实现许多量子算法的关键。理想情况下，应该使用基于容错门和纠错码的量子线路，因为它们可以容忍环境噪声。然而，目前的机器称为噪声中间尺度量子（NISQ）的机器不能支持与容错设计相关联的开销。作为回应，诸如量子超前进位加法器（QCLA）之类的低深度电路引起了研究人员的注意。噪声误差和退相干的风险随着电路中栅极层的数量（或深度）的增加而增加。本文提出了一种基于Clifford+T门的out-of-place QCLA。QCLA针对T门数进行了优化，并使用了一种新的非计算门来节省T门。我们将QCLA基于Clifford+T门，因为一旦可以支持容错设计的量子硬件可用，它们最终可以通过纠错码容错。我们专注于T门成本的T门是显着更昂贵的容错比其他Clifford+T门。建议的QCLA进行了比较，并显示优于现有的作品中的T计数，因此量子门的总数。最后，我们以双线性内插的量子线路为例，说明所提出的QCLA在量子图像处理中的应用。
Reversible addition circuit using one ancillary bit with application to quantum computing
在量子计算机上实现算术的大部分工作都借鉴了经典可逆计算的结果（例如[VBE 95]，[BBF02]，[DKR 04]）。这些量子网络本质上是经典的，因为它们可以只用Toffoli门来实现。Draper [D00]提出了一种基于量子傅里叶变换的内在“量子”网络。他的方法的优点是不需要进位量子位（以前的方法需要O（n）进位量子位）。[D00]中的网络使用量子旋转门，必须以指数精度实现，否则近似。在本文中，我给出了一个O（n^3）Toffoli门网络，用于可逆地执行原地加法，只有一个辅助位，证明了实现这个目标并不需要固有的量子技术（只要我们愿意牺牲二次电路深度）。在贴出这张便条的原始版本后，C向我指出。Zalka指出，[BCD+96]中使用了基本相同的加法技术。那篇论文中的场景是不同的，但是很明显他们描述的技术是如何推广到本文中的。
A Low-Noise and High-Stability DC Source for Superconducting Quantum Circuits
针对超导量子处理器控制系统的瓶颈，提出定制双通道直流源模块QPower，具备低噪声和高稳定度，在66比特处理器中实现优异的相干时间与频率稳定度，为中等规模量子处理器提供可扩展的直流源解决方案。
Reduced quantum circuits for stabilizer states and graph states
我们首先研究的子群结构的稳定电路，我们使用我们的结果，提出了一个新的规范形式的稳定电路。这个标准形是通过使用Clifford群中的简单共轭规则的归纳法计算的。其形状为CX-CZ-P-H-CZ-P-H，其中CX（分别为CZ）表示一层$\cnot$（分别$\cz$）栅极，P为相位栅极层，H为阿达玛栅极层。然后，我们考虑一个正常形式的稳定状态，我们展示了如何减少电路实现图形状态的两个量子位的门数。最后，我们在经典和量子计算机上进行了一些数值测试，以显示我们的方法的实际效用。本文中描述的所有算法都是在C语言中实现的，作为GitHub上可用的Linux命令。
A Logarithmic Depth Quantum Carry-Lookahead Modulo $(2^n-1)$ Adder
本文提出量子先行进位模 $(2^n-1)$ 加法器QCLMA，通过树结构进位路径将深度从O(n)降至O(log n)，并在IBM Cairo上实现QSFR提升47.21%，以增强NISQ设备上的噪声保真度。
Simulation of Shor algorithm for discrete logarithm problems with comprehensive pairs of modulo p and order q
本研究构建了适用于通用模p和阶q配对的Shor算法量子电路，通过模拟器完成小规模问题求解与成功率验证，外推大规模电路规模并定量证明Schnorr群在Shor算法下密码强度远低于同p值的安全素数群。
Matrix Product Evolution: A Method for Simulating Quantum Circuits Using Tensor Networks
针对量子电路经典模拟受希尔伯特空间指数增长限制的问题，提出沿电路深度构建的矩阵乘积演化（MPE）方法，开发拉链式收缩策略，经随机量子电路和多体态演化模拟验证，可作为MPS模拟的补充方法。
Efficient Construction of a Control Modular Adder on a Carry-Lookahead Adder Using Relative-phase Toffoli Gates
控制模加法是量子计算机的一个核心运算功能，要实现有效的实现，必须考虑实际量子计算机的计算代价。为了在控制模加法器中实现低计算成本，我们专注于最小化KQ，其由量子位数和电路深度的乘积定义。在本文中，我们构建了一个有效的控制模加法器与小KQ通过使用相对相位Toffoli门在两种主要类型的量子计算机：容错量子计算机（FTQ）的逻辑层和噪声的中间规模量子计算机（NISQ）。我们给出了一个更有效的建设相比，范米和伊藤的，进行前瞻加法器的基础上。在FTQ中，$T$门由于蒸馏而产生沉重的成本，蒸馏制造用于以高精度运行$T$门的辅助量子位，但是消耗大量专门制备的辅助量子位和大量时间。因此，我们必须减少$T$门的数量。我们提出了一种新的控制模块加法器，使用的$T$门的数量只有原来的20%。此外，当我们考虑蒸馏时，我们发现通过同时运行$Θ\left(n / \sqrt{\log n} \right)$ $T$门，可以最小化$\text{KQ}_{T}$（量子位数和$T$ -深度的乘积）。在NISQ中，CNOT门是主要的误差源。我们提出了一种新的控制模块加法器，使用的CNOT门的数量只有原来的35%。此外，我们表明，我们的电路的$\text{KQ}_{\text{CX}}$（量子位数和hocT深度的乘积）是原来的38%。因此，我们实现了一个有效的控制模加法器，提高了量子计算机中算法的有效执行的前景。
Time independent quantum circuits with local interactions
海森伯自旋链可以作为量子线来传输量子态，无论是完美的还是高保真的。通过双轨的高斯激发包可以对逻辑量子比特的两种状态进行编码，这取决于哪个轨道是空的以及哪个轨道携带包。通过在一个链中或不同链之间的额外相互作用，可以在这种链的阵列中引入相互作用区，其中特定的一个或两个量子位门作用于通过这些相互作用区的任何量子位。因此，通用的量子计算可以以静态的方式进行，不需要外部控制。这个方案将为量子计算的可扩展方式铺平道路，在这种方式中，特定的硬件可以连接起来，形成大型量子线路。我们的计划是一个最近的计划，我们已经实现了借用量子电动力学的想法，以取代非本地的相互作用与辅助链介导的自旋链之间的相互作用的改进。
Circuit Design based on Feature Similarity for Quantum Generative Modeling
本研究针对量子生成模型的可训练性问题，提出基于度量的电路扩展启发式方法，在bars and stripes数据集及金融数据上验证其能引入归纳偏置，为问题导向的电路设计提供实验基础。
Chaos, Metastability and Ergodicity in Bose-Hubbard Superfluid Circuits
超流性的标志是亚稳态流动状态的出现，这种状态携带着持续的循环电流。考虑到玻色-哈伯德超流环，我们澄清了“量子混沌”在这方面的作用。我们表明，标准的朗道和Bogoliubov超流性标准失败，这样的低维电路。我们还讨论了一个相干操作的SQUID一样的设置的可行性。最后，我们讨论了强多体动力学局域化效应的表现。
An 8-bit carry look-ahead adder with 150 ps latency and sub-microwatt power dissipation at 10 GHz
Reciprocal Quantum Logic将单通量量子超导器件的速度和功率效率与类似于CMOS的设计功能相结合。我们已经证明了一个8位进位前瞻加法器的技术，使用组合门与扇出的四和非本地互连。在6.2GHz时，全有源电路的实测功耗仅为510 nW。在10GHz的时钟速率下，延迟仅为150 ps。
Quantum Divide and Compute: Hardware Demonstrations and Noisy Simulations
嘈杂的中等规模量子计算机在量子位数（电路“宽度”）和退相干时间（电路“深度”）方面存在固有的限制。在这里，我们第一次展示了一种最近引入的方法，该方法将电路分解为更小的子电路或片段，从而使运行对于给定量子处理器来说太宽或太深的电路成为可能。我们调查的行为的方法在IBM的20量子位超导量子处理器与不同数量的量子位和碎片。我们建立噪声模型，捕捉退相干，读出错误，这个特定的处理器和门缺陷。然后，我们进行嘈杂的模拟的方法，以占观察到的实验结果。我们发现实验和模拟的成功概率之间的协议在20%以内，我们观察到，重组嘈杂的片段产生的整体结果，可以优于没有碎片的结果。
Fast quantum circuit cutting with randomized measurements
我们提出了一种新的方法来扩展量子计算的大小，使其超出单个设备上可用的物理量子比特的数量。这是通过随机插入测量和准备通道来实现的，以将大电路的输出状态表示为跨不同器件的可分离状态。我们的方法采用随机测量，导致样本开销为$\widetilde{O}(4^k / \varepsilon ^2)$，其中$\varepsilon $是计算的准确度，而$k$是被“切割”以获得较小子电路的并行线的数量。我们还显示了信息理论的下限$Ω(2^k / \varepsilon ^2)$的任何可比的程序。我们使用我们的技术来表明，在量子近似优化算法（QAOA）与$p$纠缠层的电路可以模拟电路的一小部分的原始数量的量子位的开销大致是$2^{O(pκ)}$，其中$κ$是一个已知的平衡顶点分隔符的图形编码的优化问题的大小。我们获得的数值证据的实际加速使用我们的方法应用到QAOA，相比以前的工作。最后，我们调查的实际可行性，应用电路切割程序的大规模QAOA问题的聚类图，通过使用$30$ -量子位模拟器，以评估的变分能量的$129$ -量子位问题，以及进行$62$ -量子位优化。
Asymptotically Optimal Circuit Depth for Quantum State Preparation and General Unitary Synthesis
量子态准备问题旨在针对具有$\|v\|_2 = 1$的给定单位向量$v=(v_0,v_1,v_2,\ldots,v_{2^n-1})^T\in \mathbb{C}^{2^n}$，从初始状态$|0\rangle^{\otimes n}$准备$n$ -量子位量子态$|ψ_v\rangle =\sum_{k=0}^{2^n-1}v_k|k\rangle$.这个问题在量子算法设计、哈密顿模拟和量子机器学习中具有根本的重要性，但是当辅助量子比特可用时，它的电路深度和尺寸复杂性仍然是开放的。在本文中，我们研究了有效的量子电路与$m$辅助量子比特的建设，可以准备$|ψ_v\rangle$在深度$\tilde O\left(\frac{2^n}{m+n}+n\right)$和尺寸$O(2^n)$，同时达到两个措施的最佳值。这些结果也意味着对于使用$m = O(2^n/n)$辅助量子比特实现一般$n$ -量子比特么正的量子电路，深度复杂度为$Θ(4^n/(m+n))$。这解决了没有辅助量子位的电路的深度复杂性，并且对于具有指数级多个辅助量子位的电路，这给出了从$O(4^n)$到$\tilde Θ(2^n)$的二次节省。我们的电路是确定性的，精确地准备状态和执行幺正，紧密地利用辅助量子比特，并且在广泛的参数范围内深度是最优的。这些结果可以被视为（最佳）时空折衷界限，这不仅在理论上很有趣，而且在当前量…
Simulating systems of itinerant spin-carrying particles using arrays of superconducting qubits and resonators
我们提出了超导量子位共振器阵列中巡游自旋粒子的量子模拟的可能途径。在最近的几项研究中考虑的标准Jaynes-Cummings-Hubbard设置可以很容易地用作许多相关现象的量子模拟器，包括与外部磁场的相互作用和自旋轨道耦合。在模拟中使用多个量子位和多个谐振器模式的更复杂的设置提供了更高的复杂性，包括模拟具有高自旋值的粒子，并允许更直接地控制与自旋轨道耦合相关的过程。这一建议可以在不久的将来在最先进的超导电路中实现。
Quantum circuits for solving local fermion-to-qubit mappings
格点上费米子系统的局域哈密顿量可以映射到局域量子比特哈密顿量上。保持算子的局部性是以增加希尔伯特空间的辅助自由度为代价的。为了恢复代表费米子自由度的低维物理希尔伯特空间，必须满足一组约束。在这项工作中，我们介绍了量子线路，完全满足这些严格的约束。我们演示了如何保持局部性允许一个进行Trotterized的时间演化与恒定的电路深度每一个时间步。我们的构造特别有利于模拟d> 1维费米子系统的时间演化算符。我们还讨论了如何这些家庭的电路可以被用来作为变分量子态，集中在两种方法：第一个基于一般的常数费米子数门，和第二个基于哈密顿变分的anomaly的本征态是由参数化的时间演化算子。我们应用我们的方法的问题，找到基态和时间演化态的$t$-$V$模型。
Quantum Orbital Minimization Method for Excited States Calculation on Quantum Computer
我们提出了一种量子-经典混合变分算法，量子轨道最小化方法（qOMM），用于获得厄米算符的基态和低激发态。给定表征本征态的参数化量子电路，qOMM用量子线路来表示轨道最小化方法中的目标函数，并采用经典优化器来最小化目标函数关于量子电路中的参数。目标函数具有隐式嵌入的正交性，这允许qOMM对每个参考状态应用不同的模拟电路。我们进行了数值模拟，试图找到激发态的$\text{H}_{2}$，$\text{LiH}$，和一个玩具模型组成的4个氢原子排列在一个正方形晶格中的STO-3G基础和UCCSD animator电路。与现有的激发态方法的数值结果相比，qOMM不太容易陷入局部极小值，并且可以在更浅的模拟电路中实现收敛。
Encoding of Matrix Product States into Quantum Circuits of One- and Two-Qubit Gates
矩阵乘积态（MPS）属于例如凝聚态物理和量子信息科学中最重要的数学模型。然而，在量子平台上实现具有大$N$和大纠缠的$N$ -量子比特MPS是极其具有挑战性的，因为它需要高级别量子比特或两级量子比特的多体门来携带纠缠。在这项工作中，提出了一种有效的方法，准确地编码一个给定的MPS到一个量子线路只有一个和两个量子比特门。其思想是构造酉矩阵乘积算子，使MPS最优解纠缠为乘积状态。这些矩阵乘积算子形成了将乘积状态以高保真度演化为目标MPS的量子线路。我们对强关联自旋模型的基态MPS的基准测试表明，所构建的量子线路可以用比MPS本身的大小少得多的量子比特来编码MPS。该方法为在近期量子平台上实现量子多体态和其他基于MPS的模型作为量子线路提供了一条可行而有效的途径。
The PPKN Gate: An Optimal 1-Toffoli Input-Preserving Full Adder for Quantum Arithmetic
本文提出PPKN门，通过仅使用一个TOFFOLI门和五个CNOT门实现输入保持功能，相较于HNG门在量子成本和逻辑深度上更优，并提出模块化构建n位加法器的架构。
Dual unitary circuits in random geometries
本文研究随机几何中对偶幺正电路的可解性，证明电路晶格规则性并非关键，并在随机直线排列的mikado结构中解析计算了局域算符时空关联函数的方差，揭示了随机时空背景下的量子混沌行为。
Model-Independent Error Mitigation in Parametric Quantum Circuits and Depolarizing Projection of Quantum Noise
寻找给定哈密顿量的基态和低激发态是物理学许多领域中最重要的问题之一。作为一种新的方法，在噪声中尺度量子（NISQ）设备上的量子计算提供了有效执行此类计算的前景，并可能最终超过经典计算机。然而，目前的量子器件仍然受到固有量子噪声的影响。在这项工作中，我们提出了一个适用于参数量子线路的错误缓解方案。该方案基于将一般量子噪声信道投影到去偏振误差上。我们的方法可以有效地减少量子计算中的错误，我们通过在经典和IBM的量子设备上进行模拟来证明这一点。特别是，我们测试的方法的性能，通过计算的质量间隙的横向场伊辛模型使用变分量子本征求解器算法。
Symmetry enhanced variational quantum imaginary time evolution
本文根据哈密顿量的局域性和对称性指导构建参数化量子电路，实现酉与反酉对称性以降低电路深度和自由度，并在统计模型上验证了对称性增强电路优于常用电路。
A superconducting circuit realization of combinatorial gauge symmetry
我们提出了一个超导量子线路的基础上的一般对称性原则-组合规范对称性-旨在模拟拓扑有序的量子液体，并作为基础的拓扑量子比特的建设。该电路具有丰富的功能：在经典的限制大电容的基态由两个叠加的回路结构，一个是晶体的小回路包含无序$U(1)$自由度，另一个是气体的回路的所有大小相关的$\mathbb{Z}_2$拓扑顺序。我们表明，这些经典的结果结转到量子的情况下，相位波动产生的有限电容的存在下，产生${\mathbb Z}_2$量子拓扑秩序。精确规范对称性的一个关键特征是，连接不同${\mathbb Z}_2$环态的振幅来自于具有零经典能量成本的路径。因此，这些振幅是由尺寸限制控制的，而不是通过能量势垒的隧穿。我们认为，这种效应可能会导致更大的能隙比以前的建议，这是有限的，这样的障碍，可能使它更有可能的拓扑相是实验观察。最后，我们讨论了我们的超导电路实现的组合规范对称性可以在实践中实现。
A 2D Nearest-Neighbor Quantum Architecture for Factoring in Polylogarithmic Depth
我们贡献了一个2D最近邻量子体系结构的肖尔的算法因子的$n$位数的$O(\log^2(n))$深度。我们的实现使用并行相位估计，恒定深度扇出和隐形传态，和恒定深度进位保存模块加法。我们推导出一个新的2D最近邻模型，允许一个经典的控制器和并行，通信模块下，我们的架构的电路资源的上限。在新模型中，我们还提出了一种新的用于无界量子解扇出的恒深电路。最后，我们提供了一个比较所有以前的最近邻因子分解实现。我们的电路的结果在最近邻电路深度的指数改善的成本多项式增加电路的大小和宽度。
Ancilla-free Quantum Adder with Sublinear Depth
本研究提出首个无辅助比特的亚线性深度精确量子加法器，基于经典可逆逻辑优化CNOT与Toffoli阶梯算子深度，实现n位数加法深度O(log²n)，并给出量子寄存器递增与加常数的新构造。
Quantum Fourier Transforms and the Complexity of Link Invariants for Quantum Doubles of Finite Groups
纽结和链环不变量自然地产生于任何辫状Hopf代数。我们考虑有限维Hopf代数的基本族：有限群的量子双（记为D（G），对于群G）的不变量的计算复杂性。关于这些不变量的算法，我们开发了用于D（G）上的量子傅里叶变换的量子线路;一般来说，我们证明了当人们可以在G的元素的中心化子Z（g）上均匀有效地进行量子傅里叶变换时，人们可以有效地在D（G）上进行量子傅里叶变换。我们将这些结果应用到对称群上，得到了D（S_n）上量子傅里叶变换的有效电路。利用这样的傅立叶变换，可以直接获得相关链路不变量的加性近似算法。此外，我们还证明了某些D（G）不变量（如D（A_n）不变量）是BPP-难以加法逼近的，SBP-难以乘法逼近的，以及#P-难以精确计算的.最后，我们取得了部分进展的问题上模拟任意计算组一致的功能组的大小。在这个方向上，我们提供了有效的量子线路，用于D（G）上的Clebsch-Gordan变换，用于“通量”非代表，即，用G的一个共轭类刻画了D（G）的一个不动点。对于一般的非代表，即，对于与G的共轭类和中心化子的不表示有关的一类中心化子，在一定条件下，如中心化子上存在有效的Clebsch-Gordan变换时，给出了一个有效的实现方法.我们注意到，这也提供了量子计算的某些任意子模型的模拟，即使在组的大小可能与电路的大小成指数关系的情况下。
An Introduction to Quantum Machine Learning for Engineers
在当前嘈杂的中间尺度量子（NISQ）时代，量子机器学习正在成为编程基于门的量子计算机的主导范式。在量子机器学习中，量子线路的门被参数化，并且参数基于数据和电路输出的测量经由经典优化来调谐。参数化量子线路（PQC）可以有效地解决组合优化问题，实现概率生成模型，并进行推理（分类和回归）。这本专著为具有概率和线性代数背景的工程师观众提供了量子机器学习的独立介绍。它首先描述了描述量子操作和测量所必需的背景、概念和工具。然后，它涵盖了参数化量子线路，变分量子本征求解器，以及无监督和监督量子机器学习公式。
Minimal Quantum Circuits for Simulating Fibonacci Anyons
本文为Levin-Wen弦网模型中的双倍斐波那契拓扑序设计了最小量子线路，仅用3、5、9个量子比特即可分别检测融合通道、扭转相位和编织性质，为在量子架构上实现斐波那契任意子提供了最简蓝图。
Denoising Gradient Descent in Variational Quantum Algorithms
针对噪声干扰变分量子算法梯度下降的问题，提出一种在每步梯度下降时计算目标函数正则化局部经典近似的去噪算法，其电路评估次数与参数平移规则法一致，已在随机参数化量子电路上验证优势。
Applying Grover's algorithm to AES: quantum resource estimates
我们提出了量子线路来实现高级加密标准（AES）的穷举密钥搜索，并分析了进行这种攻击所需的量子资源。我们考虑的整体电路的大小，量子位的数量，和电路的深度作为所提出的量子算法的成本的措施。在整个过程中，我们专注于Clifford $+T$门作为底层的容错逻辑量子门集。特别是，对于FIPS-PUB 197中标准化的所有三种AES变体（密钥大小128、192和256位），我们为量子位数和基本逻辑量子门数建立了精确的界限，这些量子位数和基本逻辑量子门数是实现Grover的量子算法所需的。从少量AES明文-密文对中提取密钥。
Generating Single Microwave Photons in a Circuit
电路中的电磁信号由离散的光子组成，尽管传统的电压源只能产生具有许多不同光子数的相干叠加的经典场。虽然这些经典信号可以控制和测量量子计算机（量子比特）中的比特，但单光子可以携带量子信息，从而实现非局域量子相互作用，这是可扩展量子计算的重要资源。在这里，我们展示了一个电路量子电动力学（QED）架构的片上单光子源，微波传输线腔，收集一个超导量子比特的自发发射，具有高效率。光子源由量子比特旋转触发，因为光子仅在量子比特被激发时产生。量子比特和荧光光子的断层扫描显示，任意量子比特状态都可以映射到光子状态上，证明了将静止量子比特转换为飞行量子比特的能力。光子源的平均功率和电压都被表征以验证系统的性能。这种单光子源是对快速增长的芯片上量子光学工具箱的重要补充。
Control-driven critical fluctuations across quantum trajectories
本研究以伯努利电路模型为对象，发现控制相变处存在经典主导的电路涨落与临界量子涨落，揭示了这类相变的量子特征，且该量子涨落可通过无后选择实验测量。
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