Resource estimate for quantum many-body ground-state preparation on a quantum computer
我们估计了在中等规模的量子计算机上制备量子多体系统的基态所需的资源。使用量子多体方法和分析上界的组合使这种估计成为可能。我们的程序也可以用于优化特定问题实例的某些设计参数。最后，我们提出了一种改进的量子态制备方法并进行了基准测试。我们发现，它减少了电路的T-深度的一个因素一样大的$10^6$为中等大小的晶格。
2021-05-10 quant-ph
Computing Ground State Properties with Early Fault-Tolerant Quantum Computers
在应用量子计算中，分子和材料的基态能量估计是一个重要的研究课题。然而，对于许多具有实际价值的应用，必须估计基态的附加性质。这些包括用于计算材料中电子输运的格林函数和用于计算分子电偶极子的单粒子约化密度矩阵。在本文中，我们提出了一个量子经典混合算法，以有效地估计这样的基态属性与高精度使用低深度量子线路。我们提供了一个分析的各种成本（电路重复，最大的进化时间，预期的总运行时间）作为目标的准确性，频谱间隙，和初始基态重叠的函数。该算法提出了一种使用早期容错量子计算机进行工业相关分子和材料计算的具体方法。
2022-07-05 quant-ph
On Non Efficiency of Quantum Computer
先前提出的海森堡型关系$ E_c t_c >> \hbar {\cal C}$的量子计算机所使用的能量，总的计算时间和逻辑（“经典”）的复杂性的问题进行了验证以下的例子量子计算：准备的输入状态，两个哈密顿版本的格罗弗算法，一个模型的“量子电话簿”，一个量子光学设备因式分解数字和肖尔算法。
2000-06-19 quant-ph
Computational Chemistry on Quantum Computers: Ground state estimation
我们目前的计算化学数据的小分子（$CO$，$HCl$，$F_2$，$NH_4^+$，$CH_4$，$NH_{3}$，$H_3O^+$，$H{_2}O$，$BeH_{2}$，$LiH$，$OH^-$，$HF$，$HeH^+$，$H_2$），通过实现单双激发的酉耦合簇方法（UCCSD）在量子计算机模拟器上获得。我们使用变分量子本征解（VQE）算法来提取这些分子的基态能量。该能量数据表示基于STO-3G，量子计算机将为给定分子产生的预期基态能量。由于在量子计算机上实现UCCSD有很多兴趣，我们希望我们的工作将成为未来实验实现的基准。
2019-06-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Implementation of a Quantum-simulation Algorithm of Calculating Molecular Ground-state Energy on an NMR Quantum Computer
经典算法模拟量子系统是指数困难的，而量子计算机原则上可以多项式地解决这个问题。我们在我们的核磁共振系统上演示了这样一种量子模拟算法，模拟氢分子并计算其基态能量。我们利用核磁共振干涉法来测量相移，并对测量过程进行了仿真，以获得较高的精度。最后得到了17位精确的能量值，并分析了仿真中的误差来源。
2009-07-22 quant-ph
Determining ground-state phase diagrams on quantum computers via a generalized application of adiabatic state preparation
当哈密顿量的参数变化时，量子相变表现为基态能量的能级交叉。由此产生的基态相图在经典计算机上通过精确对角化可以直接确定，但在量子计算机上具有挑战性，因为需要精确度和接近能级交叉点的竞争态的近简并性。在这项工作中，我们使用本地绝热斜坡状态准备，使我们能够直接计算基态相图的量子计算机上通过时间演化。这种方法是通过检查的XY模型的基态与一个磁场在z方向上的一个维度。我们能够使用IBM量子机计算两个和三个站点系统的精确相图。
2021-12-08 cond-mat.other cond-mat.stat-mech quant-ph
Simulating groundstate and dynamical quantum phase transitions on a superconducting quantum computer
我们在超导量子器件上优化了一个量子不变的、顺序的量子线路，通过量子临界点模拟了量子伊辛模型的基态。我们进一步展示了如何在这个模型的量子临界点的猝灭中发现的动态量子临界点可以被模拟。我们的方法避免了有限尺寸标度的影响，通过使用顺序的量子线路的启发无限矩阵乘积状态。我们提供高效的电路和各种错误缓解策略来实现，优化和时间演变这些状态。
2022-05-25 quant-ph
A fast algorithm for approximating the ground state energy on a quantum computer
用经典的确定性算法估计具有相对误差$\e$的多粒子系统的基态能量，其计算代价随粒子数的增加呈指数增长。这个问题取决于一些状态变量$d$，它与粒子的数量成正比，并受到维数灾难的影响。量子计算机可以消除这种诅咒。特别是，我们研究了一个基态本征值问题，并展示了一个量子算法，实现相对误差$\e$使用一些量子位$C^\prime d\log \e^{-1}$与总成本（查询次数加上其他量子操作）$Cd\e^{-(3+δ)}$，其中$δ>0$是任意小和$C$和$C^\prime$是独立的$d$和$\e$。
2013-04-03 quant-ph
Mimicking Time Evolution within a Quantum Ground State: Ground-State Quantum Computation, Cloning, and Teleportation
基态量子计算机在与时间无关的量子态的振幅内模拟量子力学时间演化。我们探索的原则，限制这种模仿。一个不克隆的论点被发现施加强有力的限制。然而，它表明，有灵活性，可以利用量子隐形传态的方法，以改善基态量子计算机的设计。
2003-12-09 quant-ph
Efficient ground-state energy estimation and certification on early fault-tolerant quantum computers
针对早期容错量子计算机操作数受限的问题，提出适配的基态能量估计算法（实现基态重叠参数二次提升）与验证算法（借助量子拒绝采样解决能隙估计问题），拓展了操作受限量子计算机的能力边界。
2025-01-17 physics.chem-ph quant-ph
Measurement-based quantum computer in the gapped ground state of a two-body Hamiltonian
我们提出了一个基于地面码测量的量子计算机方案，它具有两个主要优点。首先，每个逻辑量子比特被编码在具有最近邻两体相互作用的自旋为1的链的带隙简并基态子空间中，使得它具有对噪声的内置鲁棒性。第二，通过沿着按需动态耦合的多个链的单自旋测量来处理计算，以便在关闭与要测量的自旋的相互作用之后保持仅将逻辑信息传送到剩余链的间隙保护的基态。我们描述了在光晶格中使用被捕获的原子或极性分子的实现方式，其中期望间隙分别大到0.2 kHz或4.8 kHz。
2008-07-10 cond-mat.other quant-ph
Ground State Quantum Computation
我们提出了一种新的基态量子计算方法，该方法不需要量子比特在时间上的幺正演化：量子比特被固定在哈密顿量的定态中。这个公式为实现量子计算机提供了一种完全与时间无关的方法。我们给出了一个具体的建议，一个基态量子计算机涉及连接量子点。
1999-08-11 quant-ph
Finding the ground state of the Hubbard model by variational methods on a quantum computer with gate errors
数字量子计算的一个关键目标是模拟费米子系统，如分子或哈伯德模型。不幸的是，对于目前和不久的将来的量子计算机，使用量子纠错方案仍然遥不可及。因此，有限的错误率限制了量子计算机在具有少量门的算法中的使用。变分哈密顿量近似法（VHA）可以很好地近似产生基态。在这里，我们研究明确的影响，其性能的门错误。的VHA的灵感来自绝热量子演化的影响下的时间依赖的哈密顿量，其中理想的短-固定的特罗特时间步长被替换为变参数。该方法大大受益于量子变分误差抑制，例如，在该算法内减轻了酉准静态误差。我们测试的性能时，适用于哈伯德模型的量子计算机上的现实的门的幺正控制错误的存在下的VHA。
2019-07-30 quant-ph
Ground-state energies of Ising models calculated using the samples from a quantum computer that simulates short-time evolution
U.S. Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）
本文采用CVQE算法与引导采样假设，利用最多63个量子位计算伊辛模型的基态能量，并分析量子误差边界及近-term量子计算的适用性。
2026-04-28 quant-ph
Benchmarking the Variational Quantum Eigensolver through Simulation of the Ground State Energy of Prebiotic Molecules on High-Performance Computers
我们使用Qiskit软件包中的变分量子本征求解器（VQE）来计算来自水（H $_2$ O）和氰化氢（HCN）的小分子的基态能量。这项工作的目的是基准算法计算电子结构和能量表面的分子相关的前生物化学，开始与水和氰化氢，并运行它们在可用的模拟和物理量子硬件。小型量子处理器算法的数值计算使我们能够设计出更有效的协议，并在实际硬件中运行，以及分析它们的性能。未来在可访问的量子处理原型上的实现将对量子计算机进行基准测试，并使用启发式量子算法来测试量子优势。
2021-01-05 quant-ph
Using gradient-based algorithms to determine ground state energies on a quantum computer
变分算法是在近期量子计算机上实现的有希望的候选算法。变分量子本征求解器（VQE）是一个突出的例子，其中量子机械波函数的参数化试验状态被优化以获得基态能量。在我们的工作中，我们调查的变分哈密顿量Angloman（VHA），其中的审判状态是由一个非相互作用的参考状态修改的幺正旋转使用发电机的一部分描述系统的哈密顿量。通过优化这些酉旋转的角度来获得最低能量。优化变分参数的标准过程是使用基于梯度的算法。然而，量子器件的散粒噪声和固有噪声影响所需梯度的评估。我们研究了不同的方法来获得梯度，特别是有限差分和参数移位规则，如何受到散粒噪声和量子计算机的噪声的影响。为此，我们模拟了一个简单的量子线路，以及2位点和6位点的哈伯德模型。
2021-09-17 quant-ph
Ground- and excited-state energies extraction via Trotterization on IBM quantum computers
University of California, Merced（加州大学默塞德分校）；Mitsubishi Electric Research Laboratories (MERL)（三菱电机研究实验室）
在IBM量子计算机上实现Trotter化时间演化算符的Hadamard测试，同时提取横场Ising模型和横纵场Ising模型的基态和激发态能量，利用恒定深度电路在噪声背景下提取多达六自旋的本征能量。
2026-06-18 quant-ph
Computing Green's functions and improving ground state energy estimation on quantum computers with Liouvillian recursion
Algolab, Institut quantique, Université de Sherbrooke（阿尔戈实验室，量子研究所，舍布鲁克大学）
本文提出利用量子计算机结合李约维尔递归方法计算格林函数，并通过Galitskii-Migdal公式改进基态能量估计，展示了该方法在近期量子计算中的鲁棒性和高效性。
2026-03-05 quant-ph
Accessing ground state and excited states energies in many-body system after symmetry restoration using quantum computers
我们探讨了在量子计算机上进行对称性恢复的可能性，在投影技术之后进行额外的后处理。最终目标是开发基于在量子计算机上预优化的多体试验状态的配置相互作用技术。我们展示了如何投影方法用于对称性恢复可以准备优化的状态，然后可以作为初始状态的量子或混合量子经典算法。我们使用量子相位估计和量子Krylov方法进行后处理。后一种方法与投影后量子变分（Q-VAP）相结合，导致非常快的收敛到基态能量。并讨论了获得激发态能量的可能性。使用配对哈密顿量的不同技术的说明。
2021-11-25 cond-mat.supr-con nucl-ex nucl-th
Energy efficiency of quantum computers
Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）；LTCI, Inria, Télécom Paris, Institut Polytechnique de Paris（通信与电子学实验室，法国国家信息与自动化研究所，巴黎电信学院，巴黎理工学院）；Quandela SAS（宽德拉有限公司）；ICFO-Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；National Quantum Computing Centre（国家量子计算中心）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）；Galicia Supercomputing Center (CESGA)（加利西亚超级计算中心）；Qilimanjaro Quantum Tech（乞力马扎罗量子技术）；Universitat Politècnica de València（瓦伦西亚理工大学）
本文研究量子计算机的能量效率，比较不同物理平台的能耗与算法执行效率，提出评估未来量子计算架构能耗的框架。
2026-09-01 quant-ph
Ground States via Spectral Combing on a Quantum Computer
本文提出了一种在量子计算机上确定量子多体系统基态波函数的新方法，该方法不需要初始试探波函数与真实的基态有很好的重叠。谱组合技术涉及将任意初始波函数与由时间相关的哈密顿量控制的一组辅助量子比特纠缠，通过大量避免的能级交叉将能量共振地从初始状态转移到辅助系统中。避免的能级交叉的数量随着表示哈密顿量所需的量子位的数量呈指数增长，使得算法的效率不依赖于任何特定的大的能隙。我们给出了一个明确的建设所需的量子门实现这一过程，并探讨了经典的模拟结果的算法上的小型量子计算机与多达8个量子比特。我们表明，对于某些系统和可比的结果，光谱梳需要更少的量子门实现比量子绝热算法。
2017-09-24 hep-lat nucl-th quant-ph
Nonlinear dynamics as a ground-state solution on quantum computers
提出编码时空的变分量子算法，通过单次基态计算求解含时非线性微分方程，设计高效电路与自适应多重网格策略缓解贫瘠高原，并在实际量子计算机上验证其准确复现精确结果的能力。
2024-09-27 physics.comp-ph quant-ph
Approximating Ground and Excited State Energies on a Quantum Computer
近似基态和固定数量的激发态能量，或等价的低阶哈密顿本征值，是一个重要但计算困难的问题。通常，经典的确定性算法的成本随自由度的数量呈指数增长。在一般条件下，并使用微扰方法，我们提供了一个量子算法，产生一个常数$j$不同的低阶本征值的估计。该算法依赖于一组尝试特征向量，其构造取决于特定的汉密尔顿性质。我们说明了我们的结果，考虑一个特殊的情况下，时间无关的薛定谔方程与$d$自由度。我们的算法计算一个常数$j$的不同的低阶特征值的误差$O(ε)$和成功概率至少$\frac34$，成本多项式在$\frac{1}ε$和$d$。这扩展了我们以前的结果估计的基态能量的算法。我们提出的技术是足够的一般适用于本文研究的应用程序以外的问题。
2015-08-06 quant-ph
Molecular Electronic Structure Calculation via a Quantum Computer
本研究利用变分量子本征求解器算法计算多个分子的基态能量，验证其与全组态相互作用结果的一致性，并展示出优于先前报道的精度。
2024-11-08 quant-ph
Imperfect Detectors in Linear Optical Quantum Computers
本文讨论了非理想光子探测器的损耗和噪声对线性光量子计算机可靠性的影响。我们表明，对于一个给定的探测器效率，有一个最大的可实现的成功概率，并增加辅助光子和探测器的数量用于一个控制符号翻转门超过临界点将降低计算机将正常工作的概率。我们还对一些小型逻辑门进行了模拟，并估计了线性光量子计算机正常工作所需的效率和噪声水平。
2002-01-11 quant-ph
Block Lanczos method for excited states on a quantum computer
将量子Lanczos递推方法推广到量子计算机上求解多重激发。虽然量子Lanczos递归原则上能够获得激发，但对块Lanczos例程的扩展可以更好的精度解决简并，并且在先前引入的量子Lanczos递归方法之上仅花费$\mathcal{O}(d^2)$用于$d$激发。将所有算子同时应用于具有不经意振幅放大的系统的形式复杂度是指数级的，但是通过递增地添加算子可以保持该成本小以获得基态。研究了由Lanczos系数的准确性引起的基态能量的误差，并对由Lanczos系数的准确性引起的基态能量的误差进行了分析。它被证明与Lanczos系数的不确定性成线性比例。对非厄米特算子的推广也进行了讨论。
2021-09-29 quant-ph
Non-unitary operations for ground-state calculations in near term quantum computers
我们引入了一个量子蒙特卡罗启发的重新加权方案，以准确地计算最佳短量子线路的能量。这种有效的量子-经典混合方法的特点是由短的量子线路提供纠缠，同时存在有效的非幺正算符。该投影仪的函数形式借用自经典计算，能够过滤掉次优变分量子启发式拟法产生的高能分量。在计算多体晶格模型的纠缠基态能量时证明了这种方法的精确性。我们展示了一个实际的实现IBM量子硬件高达8量子位电路。
2019-10-04 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph quant-ph
Variational dynamics as a ground-state problem on a quantum computer
我们提出了一种变分量子算法，将量子系统的实时动力学问题作为一个基态问题来研究。该方法基于Feynman和Kitaev最初的提议，将时间编码到辅助量子位的寄存器中。我们将费曼-基塔耶夫哈密顿量作为量子比特算符作用在组合系统上，并使用变分量子本征求解器找到一个近似基态。我们将该算法应用于横向场伊辛链的动力学研究，自旋和时间步长的数量不断增加，证明了两个量子比特门的数量方面的有利缩放。通过数值实验，我们研究了该方法对噪声的鲁棒性，表明该方法可用于评价量子系统的动力学性质，并可通过测量Loschirm回波来检测动态量子相变的存在.
2023-02-15 cond-mat.other quant-ph
Utilizing small quantum computers for machine learning and ground state energy approximation
本文提出一种量子电路划分策略，利用小型量子计算机测量大型系统可观测量，应用于机器学习和基态能量近似，缓解贫瘠高原问题，并在伊辛模型和手写数字分类中取得高精度。
2024-09-19 quant-ph
Ground-state energy estimation of the water molecule on a trapped ion quantum computer
量子计算利用叠加和纠缠的量子资源来有效地解决经典计算机难以解决的计算问题。示例包括计算分子和原子核结构、模拟强相互作用的电子系统以及对材料功能的各个方面进行建模。虽然在将这些问题映射到量子算法方面已经取得了实质性的理论进展，但解决这些问题的资源需求与当前可用的量子硬件的能力之间仍然存在很大的差距。弥合这一差距将需要一种协同设计的方法，在这种方法中，算法的表达与硬件本身一起开发，以优化执行。在这里，我们描述了一个可扩展的协同设计框架，用于解决化学问题的捕获离子量子计算机，并应用它来计算水分子的基态能量。捕获离子量子计算机的稳健操作产生能量估计，其误差接近化学精度，这是预测化学反应动力学速率所需的目标阈值。
2019-03-07 cs.ET quant-ph
Ground State Energy via Adiabatic Evolution and Phase Measurement for a Molecular Hamiltonian on an Ion-Trap Quantum Computer
Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学）；Quantinuum；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）
本文通过绝热态制备和噪声鲁棒的迭代量子相位估算方法，研究了离子阱量子计算机在H3+分子六量子位编码中的基态能量测量，改进了经典Hartree-Fock能量并揭示了漏泄误差对化学精度的主要影响。
2025-12-22 quant-ph
Generation of Thermofield Double States and Critical Ground States with a Quantum Computer
多体量子系统的低温相是从凝聚态物理到宇宙学的基本现象，但它们通常很难模拟。利用离子阱量子计算机和量子近似优化算法（QAOA），通过制备不同温度下的热场双态，我们得到了横场伊辛模型（Tensing）的非平凡热量子态.我们还准备了临界状态的TdR在零温度下使用量子经典混合优化。温度场双态和临界态的纠缠结构在黑洞的研究中起着关键作用，我们的工作是在量子计算机上模拟这种非平凡的结构。此外，我们发现，变分量子线路表现出噪声阈值以上的最低深度QAOA电路提供最好的结果。
2020-02-06 cond-mat.str-el hep-th quant-ph
Observing ground-state properties of the Fermi-Hubbard model using a scalable algorithm on a quantum computer
著名但尚未解决的强关联电子系统的费米-哈伯德模型是量子计算机的一个突出目标。然而，精确地表示费米-哈伯德基态的大型实例可能超出了短期量子硬件的范围。在这里，我们的实验表明，一个有效的，低深度的变分量子算法，参数少，可以重现重要的定性特征的费米-哈伯德模型的中型实例。我们在超导量子处理器上的16个量子位上处理1x 8和2x 4实例，大大大于以前基于可扩展性较低的压缩技术的工作，并且超越了经典可解的1D费米-哈伯德实例家族。与预测的基态，我们观察到的发病的金属-绝缘体过渡和弗里德尔振荡在1D，和反铁磁秩序在1D和2D。我们使用各种各样的错误缓解技术，包括对称性的费米-哈伯德模型和最近开发的技术，适合于模拟费米系统。我们还介绍了一个新的变分优化算法的基础上迭代贝叶斯更新的本地代理模型。我们的可扩展方法是使用近期量子计算机来确定强相关电子系统的低能特性的第一步，这些系统无法通过经典计算机精确求解。
2021-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Solving strongly correlated electron models on a quantum computer
未来量子计算机的主要应用之一将是量子模型的模拟。虽然量子态在哈密顿量下的演化是直接的（如果有时昂贵的话），但使用量子计算机来确定量子模型的基态相图及其相位的性质则更为复杂。使用哈伯德模型作为一个典型的例子，我们在这里展示了所有必要的步骤，以确定其相图和基态的量子计算机上的属性。特别是，我们讨论了从各种对称性破缺的平均场态开始有效确定和准备哈伯德模型基态的策略。我们提出了一个有效的程序来准备任意斯莱特行列式作为初始状态，并提出了完整的量子线路需要从这些演变到哈伯德模型的基态。我们表明，使用有效的嵌套的各种条款的演变中的每一个时间步可以执行与$\mathcal{O}(N)$门和$\mathcal{O}(\log N)$电路深度。我们给出了明确的电路来测量任意的局部可观测量和静态和动态的关联函数，在时域和频域。我们进一步提出了有效的非破坏性的方法来测量，避免需要重新准备的基态后，每次测量和平方减少测量误差。
2015-08-27 cond-mat.str-el quant-ph
Ground-State Preparation of the Fermi-Hubbard Model on a Quantum Computer with 2D Topology via Quantum Eigenvalue Transformation of Unitary Matrices
针对量子系统基态逼近问题，将酉矩阵的量子特征值变换（QETU）算法应用于2×2费米-哈伯德模型，提出电路简化与9量子比特网格架构映射，研究硬件架构优势及噪声下的鲁棒性。
2024-11-27 quant-ph
Nuclear magnetic resonance spectrum of 31P donors in silicon quantum computer
得到了硅量子计算机栅势产生的电场对超精细相互作用常数（HIC）的影响。计算了由于工艺误差引起的栅下施主原子位置误差。计算了不同HIC值下两施主原子相互作用的电子-核自旋系统的能谱。的存在下，两对反交叉水平的基态电子状态。找到了误差率可以大大降低的结构参数。
2000-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Magnetic qubits as hardware for quantum computers
我们提出了两种可能的量子比特的实现方法，即基于大自旋S的纳米级磁性粒子和高各向异性的分子团簇。在情况（1）中，位值基础声明|0>和|1>是基态和第一激发自旋态Sz = S和S-1，由铁磁共振（FMR）频率给出的能隙分开。在情况（2）中，当存在通过各向异性势垒的显著隧穿时，量子比特状态对应于对称，|0>，反对称，|1>，二重简并基态Sz = +- S.在每种情况下，与状态之间的能隙Δ相比，操作温度必须低|0>和|1>。情况（2）中的间隙Δ可以用垂直于分子团簇易磁化轴的外磁场来控制。不同的分子团簇和磁性粒子的状态可以通过超导线与约瑟夫森开关连接起来而纠缠在一起，从而导致量子计算硬件的潜力。
2000-09-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence, Control, and Symmetry in Quantum Computers
在这篇论文中，我们描述了避免退相干的有害影响，同时仍然允许计算的量子信息的方法。本论文第一部分讨论的方法的基本思想是利用退相干机制的对称性来找到量子信息的鲁棒编码。介绍了量子计算机中使用无退相干信息的稳定性、控制和方法，特别强调了由于系统与其环境之间的集体耦合而产生的退相干。这种集体消相干无消相干编码的通用量子计算证明。严格的定义控制和使用编码的普遍性在量子计算机的解决。给出了基于离子阱和交换的量子计算机中编码普适性门的显式构造。在论文的第二部分，我们研究了具有纠错性质的物理系统。我们研究系统，可以存储量子信息在他们的基态，这样的消相干过程被禁止通过能量学。提出了基态为量子检错码的超相干系统理论，描述了一个自旋梯，其基态具有检错和纠错性质。最后，我们讨论自然容错量子计算。
2003-05-05 quant-ph
Quantum Computer Benchmarking via Quantum Algorithms
我们提出了一个框架，利用量子算法，架构感知量子噪声模型和一个理想的模拟器，以基准量子计算机。基准度量突出了量子计算机演化与模拟噪声和理想量子演化之间的差异。我们利用我们的框架对三个IBMQ系统进行基准测试。使用多种算法，包括连续时间算法，作为基准，以不同的方式强调计算机，突出它们对不同电路的行为。每个量子线路的复杂性会影响每个量子计算机的效率，电路尺寸的增加会导致更多的噪声行为。此外，使用连续时间量子算法及其哈密顿量的分解也允许提取关于量子系统上的两种方法的效率的有价值的比较。结果表明，我们的基准测试提供了关于每个量子计算机性能的充分和全面的信息。
2021-12-17 quant-ph
Efficiency of Feynman's quantum computer
本文研究费曼量子计算机的效率，发现其运行时间与门数呈$O(k^{5/3})$关系，远优于费曼-基塔耶夫模型的$O(k^4)$，并解决了最优停止时间窗口的挑战。
2025-01-22 quant-ph
Observation of Improved Accuracy over Classical Sparse Ground-State Solvers using a Quantum Computer
IBM Quantum（IBM量子）；T. J. Watson Research Center（T.J.沃森研究中心）；IBM Research Cambridge（IBM剑桥研究院）；IBM Research Silicon Valley（IBM硅谷研究院）；IBM Research Europe（IBM欧洲研究院）；Pritzker School of Molecular Engineering, The University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；IBM France Lab（IBM法国实验室）
研究基态能量问题中量子算法与经典算法的优劣，构建特定局部哈密顿量问题，对比经典SCI方法，实验表明基于样本的Krylov量子对角化在IBM Heron R3处理器上能超越SCI，解决了相关性能比较问题。
2026-07-08 quant-ph
Scalable Circuits for Preparing Ground States on Digital Quantum Computers: The Schwinger Model Vacuum on 100 Qubits
提出SC-ADAPT-VQE算法，利用关联指数衰减和经典计算确定可扩展电路，在IBM量子计算机上成功制备100量子比特施温格模型真空态，精度随电路深度指数收敛。
2024-04-22 hep-lat hep-ph nucl-th
Decoherence and Efficiency of Quantum Error Correction
讨论了与散肩环境接触的量子计算机（n量子位寄存器）的量子纠错的某些物理方面。在相当合理的假设下的形式的计算机环境的相互作用，一般的校正程序的效率进行评估作为一个函数的自发衰减的持续时间和程序所涵盖的错误的秩。证明了只要退相干作用用有界算子表示，通过改进修正方法，误差概率可以任意小。
1997-04-07 quant-ph
Even shorter quantum circuit for phase estimation on early fault-tolerant quantum computers with applications to ground-state energy estimation
本研究提出基于QCELS子例程的相位估计方法，可大幅降低早期容错量子计算机的电路深度，结合傅里叶滤波可适配小重叠场景，数值实验显示深度可降约两个数量级。
2024-03-10 quant-ph
Neural network agent playing spin Hamiltonian games on a quantum computer
量子计算有望为解决材料科学、通信、搜索、机器学习等领域最具挑战性的问题提供新的有前途的方法。然而，由于退相干和门缺陷误差，现代量子计算机系统具有非常复杂、动态、不确定和波动的计算环境的特征。我们开发了一个自治代理有效地与这样的环境互动，以解决磁性问题。通过使用强化学习，智能体被训练以从量子设备上的自游戏中找到自旋哈密顿基态的最佳可能近似。我们证明了智能体可以学习纠缠来模仿量子自旋二聚体的基态。实验在IBM提供的量子计算机上进行。为了补偿退相干，我们采用了局域自旋修正方法，该方法是根据基态中偶数个反铁磁耦合自旋的量子系统的自旋-自旋关联函数的一般求和规则导出的。我们的研究为量子计算机创建一个新的神经网络本征解算器家族铺平了道路。
2019-10-24 cond-mat.dis-nn quant-ph
Density functionals and Kohn-Sham potentials with minimal wavefunction preparations on a quantum computer
量子计算机的潜在应用之一是解决量子化学系统。众所周知，经典地获得稍微精确的解的最快方法之一是使用密度泛函理论的近似。我们展示了一种从足够强大的量子计算机中获得精确泛函作为机器学习模型的一般方法。仅使用量子计算机上解决方案的当前可行性的现有假设。包括量子相位估计、量子幅度估计和量子梯度方法的几种已知算法用于训练机器学习模型。这种算法组合的一个优点是量子波函数不需要在每一步都完全重新准备，从而降低了相当大的前置因子。利用量子计算机上的基态算法的解决方案的假设，我们证明，找到科恩-沙姆势不一定比基态密度更困难。一旦构造，经典用户可以使用所得到的机器学习泛函自洽地求解系统的基态，只要机器学习近似对于输入系统足够准确。它还演示了如何经典的用户可以访问常用的时间和温度依赖的近似从基态模型。对算法的微小修改可以学习其他类型的函数理论，包括精确的时间和温度依赖性。其他几种算法-包括量子机器学习-在这个问题的一般情况下被证明是不切实际的。
2020-11-17 cond-mat.other quant-ph
Quantum simulation of negative hydrogen ion using variational quantum eigensolver on IBM quantum computer
负氢离子是第一个三体量子问题，它的基态能量是使用“Krasekhar波函数”计算的，该波函数考虑了电子-电子相关性。求解多体系统在量子力学中是一项艰巨的任务，因为它包括选择试验波函数和计算系统的积分，对于具有三个或更多粒子的系统几乎是不可能的。这个问题可以通过量子计算机来解决。它们已经成为解决不同电子结构问题的工具，具有显着的效率。它们已经在各个领域实现，并证明了它们的效率超过经典计算机。在IBM量子计算机上对H^{-}离子进行了量子模拟，计算了它的基态能量。能量为-0.5339355468 Hartree，与理论值相比误差为0.8376%。我们观察到量子计算机在制备H^{-}的关联波函数和计算其基态能量方面是有效的。我们使用最近开发的称为“变分量子本征求解器”的算法，并在IBM的5量子位量子芯片“ibmqx 2”中实现它。该方法包括量子部分，即，状态准备和使用量子计算机的期望值的测量，以及经典部分，即，优化例程在经典计算机中运行以用于能量收敛。通过运行量子化学程序和QISKit中的代码，在经典计算机上执行优化例程，以使能量收敛到最小。我们还提出了不同的优化例程和编码方法的比较，用于收敛的能量值最小。该技术可用于解决各种多体问题，效率高。
2019-05-30 quant-ph
Quantum-Selected Configuration Interaction: classical diagonalization of Hamiltonians in subspaces selected by quantum computers
QunaSys Inc.（QunaSys公司）；Graduate School of Engineering Science, Osaka University（大阪大学工学研究科）；Center for Quantum Information and Quantum Biology, Osaka University（大阪大学量子信息与量子生物学中心）
本文提出量子选择组态交互算法，通过量子计算机选择子空间并经典对角化哈密顿量，实现多电子体系基态和激发态能量的计算，方法具有抗噪声和误差能力。
2023-02-22 quant-ph
Dissipative ground-state preparation of a quantum spin chain on a trapped-ion quantum computer
RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；Quantinuum K.K.（Quantinuum株式会社）；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS)（理化学研究所跨学科理论与数学科学中心）；Department of Physics, Keio University School of Medicine（庆应义塾大学医学院物理系）；International Center for Elementary Particle Physics and The University of Tokyo（东京大学国际基本粒子物理中心）；RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（理化学研究所新兴物质科学中心）；RIKEN Center for Computational Science (R-CCS)（理化学研究所计算科学中心）；RIKEN Pioneering Research Institute (PRI)（理化学研究所先锋研究 institute）
提出并实现了一种耗散协议，通过Kraus表示保证基态保真度单调增加，在Quantinuum的离子阱量子计算机上对最多19个自旋的横场伊辛链进行基态制备，即使含4110个纠缠门仍收敛到低能态，并通过零噪声外推改进能量期望值。
2026-09-10 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Subspace Diagonalization on Quantum Computers using Eigenvector Continuation
量子子空间对角化（QSD）方法是量子-经典混合方法，通常用于通过将哈密顿量投影到较小的子空间来找到基态和激发态能量。在应用这些方法时，从基的完备性和在量子计算机上实现的效率的角度来看，子空间基的选择是至关重要的。在这项工作中，我们提出了本征向量延拓（EC）作为QSD方法，在参数空间中的不同点的哈密顿量的低能态被选为子空间的基础。这种独特的选择使得能够以最小的硬件工作量快速评估低能光谱，包括基态和附近的激发态。作为一个特别的优点，EC能够捕获对应于问题的不同对称扇区的跨基态交叉的频谱。我们证明了这种方法的相互作用自旋模型和分子。
2022-09-21 cond-mat.other cond-mat.str-el quant-ph
Encoded probabilistic imaginary-time evolution on a trapped-ion quantum computer for ground and excited states of spin qubits
本研究利用囚禁离子量子计算机，结合Iceberg码量子错误检测与二阶Trotter-Suzuki分解的高效实现，首次运行编码概率虚时演化电路，成功求解两类材料自旋单态的基态和激发态，验证了三种缺陷作为自旋量子比特的高潜力。
2025-01-13 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Loading Classical Data into a Quantum Computer
本文描述了一系列将经典数据加载到量子态中的量子线路。当加载$N$经典位时，结果量子态是$\log_2(N)$量子位阶。此外，数据加载电路的栅极深度为$\log_2(N)$量级。的数据加载过程中，如Holevo界的效率的限制进行了讨论。文中还讨论了将经典压缩技术与量子解压缩电路相结合等提高数据加载效率的方法。使用Quipper语言进行仿真，以验证电路的行为。
2018-03-05 quant-ph
Estimation of electrostatic interaction energies on a trapped-ion quantum computer
本文首次利用 trapped-ion 量子计算机计算了 NOR 催化反应中的静电相互作用能，通过引入费米子基旋转实现高效测量，并在硬件噪声下达到化学精度，证明针对特定可观测量的算法可显著节省量子资源。
2023-12-22 quant-ph
Quantum Algorithm to Solve Satisfiability Problems
利用基态量子计算机中的非幺正变换，提出了一种求解可满足性（SAT）问题的新量子算法。针对3比特精确覆盖问题，分析了基态量子计算机的能隙尺度。讨论了该算法在一般SAT问题上的时间代价。
2005-02-28 quant-ph
