Scalable quantum computer with superconducting circuits in the ultrastrong coupling regime
到目前为止，超导量子计算机对量子比特的连通性有一定的限制，比如最近邻耦合。为了克服这一限制，我们提出了一种可扩展的架构，通过分散耦合的量子总线同时连接几对遥远的量子位。总线的构建模块由正交共面波导谐振器组成，通过工作在超强耦合区的辅助通量量子比特连接。这种机制激活了虚拟过程，增强了有效的量子位-量子位相互作用，从而在纳秒时间尺度上产生了量子门。相互作用是可切换的，并且保持量子比特的相干性。
2020-08-06 quant-ph
Scalable quantum computer using superconducting charge qubits
提出了一种利用一维超导传输线谐振器（STLR）作为数据总线的超导电荷量子比特的可扩展方案。通过控制超导电荷量子比特的栅极电压和外加磁通量，可以实现量子比特与数据总线的耦合。在我们的方案中，任意两个量子比特和三个量子比特的$W$态之间的纠缠可以快速而容易地产生。
2007-06-15 quant-ph
A scalable, high-speed measurement-based quantum computer using trapped ions
我们描述了一个可扩展的，高速的，和强大的架构，用于基于测量的量子计算与捕获离子。基于测量的架构提供了一种通过并行化缓慢的纠缠操作并将速度要求转移到量子位的快速测量来显着加速量子计算机操作的方法。我们表明，一个适合于容错测量为基础的量子计算的三维集群状态可以实现在一个二维阵列的离子阱。我们提出了通过多光子光电离纳秒操作的离子的投影测量，并讨论了这样一个计划的可行性钙离子。
2009-05-01 quant-ph
A scalable quantum computer with an ultranarrow optical transition of ultracold neutral atoms in an optical lattice
我们提出了一个新的量子计算方案，利用超冷中性镱原子在光晶格中。原子核的塞曼子能级定义了一个量子比特。这种选择避免了由于量子位之间的磁偶极相互作用而导致的自然相位演化。在长寿命的亚稳态中具有大磁矩的塞曼子能级也被用来寻址单个原子和构造受控多量子比特门。该方案所需的估计参数表明，该建议是可扩展的和实验可行的。
2009-04-29 quant-ph
Universal quantum logic gates in a scalable Ising spin quantum computer
我们考虑量子计算机的模型，它被表示为一个伊辛自旋晶格，其中量子比特（自旋半系统）被隔离器（两个自旋半系统）分开。在空闲模式或单比特操作时，隔离器的总自旋为0。不需要复杂的协议来校正由于量子位之间的永久相互作用而引起的相位和概率误差。我们提出的协议，实现通用量子门的矩形射频脉冲。
2008-02-25 quant-ph
Minimization of nonresonant effects in a scalable Ising spin quantum computer
基于一维自旋链和相邻自旋之间的伊辛相互作用，分析计算了可扩展固态量子计算机中由大频率偏移跃迁（非共振跃迁）引起的误差.通过外部磁场的均匀梯度来实现自旋的选择性激发。我们计算所有不需要的非共振跃迁的概率与翻转的每个自旋与非共振频率和翻转的两个自旋：一个共振和一个非共振频率。结果表明，这些误差随外加磁场梯度的变化而振荡。选择该梯度的最佳值可以使这些误差减少50%。
2003-10-07 quant-ph
Co-Designing a Scalable Quantum Computer with Trapped Atomic Ions
第一代量子计算机即将出现，由量子硬件平台制造，可能很快就能够处理传统计算机无法执行或建模的某些任务。这些量子设备不太可能是通用的或完全可编程的，而是专用处理器，其硬件将与特定的目标应用程序紧密协同设计。被捕获的原子离子是第一代量子计算机的领先平台，但也可以从根本上扩展到未来几代更强大的通用设备。这是因为被捕获的离子量子比特是原子钟标准，可以与10 ^15中的一部分相同，并且它们的量子线路连接可以通过使用外部场来重新配置，而无需修改量子比特本身的排列或架构。在这篇文章中，我们将展示如何从离子晶体中设计出任何尺寸的模块化量子计算机，以及如何根据各种应用和量子计算协议定制离子阱量子位之间的布线。
2016-02-09 quant-ph
Scalable Simulation of Quantum Measurement Process with Quantum Computers
近年来量子信息科学和技术的发展，特别是可编程量子计算机的建立，为我们研究量子力学的基础问题提供了新的机遇。我们提出了量子比特模型来模拟量子测量过程，其中量子比特的量子信息被映射到作为测量设备的量子比特的集合。一个模型是由单光子探测和其他自旋测量的动机。这两个模型都可以扩展到薛定谔猫态，并给出了相应的量子线路。大规模的模拟可以在近期的量子计算机中实现，而经典计算机无法有效地执行相同的任务。由于模型的可扩展性，这样的模拟可以帮助探索量子到经典的边界，如果存在的话，在量子测量问题。此外，我们的方案产生猫态可能有重要的应用在量子计算和计量学。
2022-06-28 quant-ph
Scalable Error Correction in Distributed Ion Trap Computers
离子阱系统中量子计算的一个主要挑战是纠错和容错的可扩展集成。我们分析了一个分布式体系结构，节点内的快速高保真本地控制和节点之间的纠缠链路减轻长距离传输。我们展示了容错操作员的测量，用于纠错和非本地门。该方案很容易应用于线性离子阱，其不能按比例放大超过每个单个阱的几个离子，但其可以访问概率纠缠机制。一个概念验证系统，这是在目前的实验范围内。
2006-06-27 quant-ph
Scalable Neutral Atom Quantum Computer with Interaction on Demand
我们提出了一个可扩展的中性原子量子计算机与按需交互。利用人工晶格近场光阱来捕获原子量子比特。如果原子之间被足够高的势垒隔开，使得原子波函数的大小远小于原子间的距离，则原子之间的相互作用可以被关闭。单量子比特门操作是由一束附着在单个原子上的门控激光实现的。通过将这些原子留在光晶格中并使它们碰撞，从而使得特定的两量子比特状态获得动力学相位，从而在特定的原子对之间引入两量子比特门操作。我们的建议是可行的，在现有的技术开发冷原子气体，MEMS，纳米光刻，和光学的各个领域。
2010-10-06 quant-ph
Blueprint for a Scalable Photonic Fault-Tolerant Quantum Computer
光子学是构建在室温下运行的模块化、易于联网的量子计算机的首选平台。然而，到目前为止，还没有一个具体的架构能够同时利用量子比特编码成光态的优势和现代工具来生成它们。在这里，我们提出了这样一个可扩展的和容错的光子量子计算机的设计通知的理论和技术的最新发展。我们的架构的核心是生成和操纵的三维混合资源状态，包括玻色子量子比特和压缩真空状态。该提案能够利用最先进的程序，结合连续变量量子计算的优势，即使用易于生成的压缩态实现克利福德门，来非确定性地生成玻色子量子比特。此外，该架构基于二维集成光子芯片，用于在一个时间和两个空间维度上产生量子比特簇状态。与现有架构相比，通过减少实验挑战并实现室温量子计算，我们的设计为可扩展的制造和操作打开了大门，这可能使光子学在通往具有数百万量子位的量子计算机的道路上超越其他平台。
2021-02-02 quant-ph
Scalable mitigation of measurement errors on quantum computers
我们提出了一种用于减轻量子计算平台上的测量误差的方法，该方法不形成完整的分配矩阵或其逆矩阵，并且在由噪声输入位串定义的子空间中工作。该方法可容纳不相关和相关的错误，并允许计算准确的误差范围。此外，我们详细介绍了一个矩阵免费的预处理迭代求解方法，收敛在$\mathcal{O}(1)$的步骤，是性能和使用数量级少的内存比直接因式分解。我们证明了我们的方法的有效性，并在几秒钟内减轻了一些量子位的错误，否则这些错误将是难以处理的。
2021-08-27 quant-ph
Information Constraints for Scalable Control in a Quantum Computer
在理解量子系统工程时，构建可扩展的量子计算机有许多限制。在这里，我从信息的角度讨论了对量子比特控制系统的约束，表明控制系统所需的大量信息将对控制系统产生重大约束。量子比特的大小被证明是一个重要的系统参数。
2020-12-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Scalable randomized benchmarking of quantum computers using mirror circuits
量子门的性能通常使用某种形式的随机基准来评估。然而，现有的方法对于超过大约五个量子比特变得不可行。在这里，我们展示了如何使用一个简单的和可定制的电路类-随机镜像电路-执行可扩展的，强大的，灵活的Clifford门随机基准。我们表明，这种技术近似估计了平均多量子位逻辑层的保真度，并且我们使用了高达225个量子位的模拟，物理上真实的错误率在0.1-1%的范围内，以证明其可扩展性。然后，我们使用云量子计算平台的多达16个物理量子位来证明我们的技术可以揭示和量化多量子位电路中的串扰误差。
2022-10-10 quant-ph
Algorithmic Cooling and Scalable NMR Quantum Computers
我们在这里提出算法冷却（通过极化热浴）-一个强大的方法，在有限的温度下，在液体核自旋系统中获得大量的高度极化的自旋。考虑到自旋半态代表（量子）比特，算法冷却通过采用一组快速热弛豫比特来清除数据压缩上香农界限之外的脏比特。这样的辅助位可以使用与环境快速进入热平衡的自旋来实现，电子自旋在不冷却环境的情况下将自旋冷却到非常低的温度可能会导致核磁共振实验的突破，我们的"自旋制冷“方法表明这是可能的。核磁共振系综计算机的尺度问题可能是构建有用的量子计算设备的主要障碍，我们的自旋制冷方法表明这个问题可以解决。
2001-06-18 quant-ph
Scalable NMR Quantum Computation
核磁共振为量子计算机的实现提供了一个诱人的前景，因为与核自旋相关的长相干时间，以及用射频脉冲操纵自旋的广泛实验室经验。然而，现有的方案受到信噪比的影响，该信噪比在量子计算机中的量子比特数量上呈指数衰减。这就严格限制了这种计算机所能完成的计算量;对这一限制的估计正好在传统计算机采取指数级更多步骤仍然可行的范围内。我们给出了一个NMR实现，其中的信噪比只取决于NMR技术的特点，而不是计算机的大小。这为NMR计算技术提供了一种方法，可以扩展到指数加速使量子计算能够解决经典计算机能力之外的问题。
1998-04-24 quant-ph
Scalable one-way quantum computer using on-chip resonator qubits
我们提出了一个可扩展的和强大的架构，单向量子计算使用超导传输线谐振器耦合网络。在我们的协议中，量子信息被编码到谐振器的长寿命光子态中，其具有比通常的超导量子比特长得多的相干时间。每个谐振腔包含一个电荷量子比特，用于光子量子比特的状态初始化和局域投影测量。任何一对相邻的光子量子位通过介体电荷量子位耦合，并且可以通过将斯塔克移位的拉比脉冲施加到这些介体量子位来创建大的光子簇态。我们的架构的显着优势是，它结合了固态系统的良好的可扩展性和光子量子比特的长相干时间。此外，该架构对于参数变化非常鲁棒。
2011-11-11 quant-ph
Context-Aware Coupler Reconfiguration for Tunable Coupler-Based Superconducting Quantum Computers
本文提出上下文感知耦合器重配置编译方法CA-CORE，通过分析量子比特相关性并利用可调耦合器优化连接，显著降低电路深度和SWAP操作，提升保真度并实现快速编译。
2024-04-01 quant-ph
Creation of entanglement in a scalable spin quantum computer with long-range dipole-dipole interaction between qubits
从理论上和数值上考虑了自旋链系综中自旋间偶极-偶极相互作用的纠缠产生。远程偶极相互作用的不想要的效果通过实现协议的射频脉冲的参数的最佳选择来补偿。由（i）环境的影响，（ii）非选择性激发，（iii）不同自旋链彼此的影响，（iv）量子位从其完美位置的位移，以及（v）外部磁场的波动引起的误差被解析地估计和数值地计算。对于完全纠缠态，整个系统的磁化强度的z分量M等于零。误差导致M的有限值。如果系统中的量子位数很大，则可以通过实验检测到M。利用M对于每种误差不同地取决于系统参数的事实，改变这些参数将允许人们通过实验确定最重要的误差源，并相应地优化量子计算机设计，以减少误差和M。使用我们的方法，可以对量子计算机进行基准测试，减少错误，并为实现更复杂的量子算法做好准备。
2006-03-24 quant-ph
Physical-resource demands for scalable quantum computation
量子计算的主要资源是希尔伯特空间维数。希尔伯特空间本身是一个抽象的结构，而系统可用的维数是一个需要物理资源的物理量。避免对指数数量的这些资源的需求对适合可扩展量子计算的系统施加了基本约束。为了具有可扩展性，计算机中的自由度数量必须与基于等效量子位的量子计算机中的量子位数量近似线性地增长。
2003-04-11 quant-ph
Scalable measures of magic resource for quantum computers
非稳定子或魔源表征制备量子态所需的非Clifford操作的数量。它是量子计算的关键资源，也是量子优势的必要条件。然而，将魔法资源量化到几个量子位之外一直是一个重大挑战。在这里，我们引入了有效的措施的魔术资源的纯量子态的采样成本是独立的量子比特的数量。我们的方法使用贝尔测量的两个副本的状态，我们在实验中实现了一个免费的错误缓解计划。在IonQ量子计算机上实现了经典可模拟的稳定态到难处理的量子态的跃迁。对于应用，我们有效地区分稳定剂和非稳定剂状态，即使在存在实验噪声的情况下，测量成本也很低。此外，我们提出了一个变分量子算法，以最大限度地提高我们的措施通过移位规则。我们的算法可以是免费的贫瘠高原，即使是高度可表达的变分电路。最后，我们实验证明了贝尔测量协议的稳定Rényi熵以及Wallach-Meyer纠缠措施。我们的结果为理解量子计算机、量子模拟器和量子多体系统的非经典能力铺平了道路。
2022-12-13 quant-ph
Shuttling for Scalable Trapped-Ion Quantum Computers
本文针对囚禁离子QCCD架构中的离子穿梭调度问题，提出一种启发式方法以最小化移动操作时间步长，并在小规模和大规模设备上验证了其高效性，已集成至开源MQT工具包。
2024-10-01 quant-ph
Realization of a scalable Shor algorithm
量子计算机能够超越经典算法。这一点早就被富有远见的理查德·费曼（Richard Feynman）所认识，他在20世纪80年代指出，量子力学问题可以用量子机器更好地解决。直到1994年，Peter Shor才提出了一种算法，该算法能够计算大量的素因子，其效率远远高于经典计算机。这种典型的算法刺激了量子信息处理的蓬勃发展的研究和对量子计算机的实际实现的追求。在过去的15年里，使用巧妙的优化，Shor算法的几个实例已经在各种平台上实现，并清楚地证明了量子因子分解的可行性。但是，对于一般的可伸缩性，必须采用不同的方法。在这里，我们报告实现了一个完全可扩展的Shor算法提出的Kitaev。为此，我们演示了通过有效地使用和控制7个量子位和4个“缓存量子位”来分解数字15，以及实现广义算术运算，称为模乘器。可扩展的算法已经实现了离子阱量子计算机表现出超过90%的成功概率。
2015-07-31 quant-ph
Clifford Volume and Free Fermion Volume: Complementary Scalable Benchmarks for Quantum Computers
HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利科学院维格纳物理研究中心）；Eötvös Loránd University（厄特沃什·罗兰大学）；University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Alpine Quantum Technologies GmbH（阿尔卑斯量子技术有限责任公司）；QTF Centre of Excellence, Department of Physics, University of Helsinki（赫尔辛基大学物理系量子技术卓越中心）；Algorithmiq Ltd.（Algorithmiq有限公司）
提出Clifford体积和自由费米子体积两种基准，通过随机Clifford和自由费米子操作测试量子硬件，实现可扩展、平台无关的经典可验证性能评估。
2026-06-24 quant-ph
A real-time, scalable, fast and highly resource efficient decoder for a quantum computer
针对量子计算机解码器需高效、高速以支撑大规模量子比特运行的需求，提出Collision Clustering解码器并在FPGA与ASIC上实现，可高速支持超千量子比特表面码解码，功耗极低，为容错量子计算机落地提供可行路径。
2024-09-24 quant-ph
A Quantum Computer Architecture using Nonlocal Interactions
几位作者描述了构建可扩展量子计算机的基本要求。由于量子计算的许多物理实现方案依赖于最近邻相互作用，因此存在连接计算机的远程节点的隐藏量子通信开销。在本文中，我们提出了一个物理解决方案，这个问题，连同关键的积木，提供了一个可扩展的量子体系结构使用非本地相互作用的途径。我们的解决方案涉及量子总线的概念，作为一个可刷新的纠缠资源连接远程存储器节点提供类似于经典计算机的冯诺依曼架构的量子计算机的架构概念。
2003-04-23 quant-ph
Route-Forcing: Scalable Quantum Circuit Mapping for Scalable Quantum Computing Architectures
针对大规模量子比特下现有电路映射技术执行时间激增的问题，提出Route-Forcing算法，相比现有可扩展技术实现3.7倍加速与4.7倍电路深度降低，且适配下一代互连多处理器量子计算架构。
2024-07-24 quant-ph
Scalable Quantum Algorithms for Noisy Quantum Computers
针对含噪声量子计算机资源受限问题，该博士论文提出基于随机近似和QGT新视角的两类可扩展量子算法，并在Ising、Heisenberg模型及27量子比特硬件上验证其有效性。
2024-03-01 quant-ph
Blueprint for a microwave trapped-ion quantum computer
通用量子计算机的可用性将对大量研究领域和整个社会产生根本性影响。越来越多的科学和工业界正在努力实现这样的装置。任意大的量子计算机最好使用模块化方法构建。我们提出了一个基于捕获离子的可扩展量子计算机模块的蓝图，它使得创建一个基于长波长辐射的可扩展量子计算机架构成为可能量子门。这些模块作为独立单元控制所有操作，使用硅微制造技术建造，并且它们在当前技术的范围内。为了执行所需的量子计算，这些模块利用基于长波长辐射的量子门技术。为了将这种微波量子计算机架构扩展到任意大小，我们提出了一种完全可扩展的设计，该设计利用不同模块之间的离子传输，从而允许连接任意多个模块以构建大规模设备。一个高错误阈值的表面错误校正代码可以实现在所提出的架构执行容错操作。只需进行微小的调整，所提出的模块也适用于替代的捕获离子量子计算机架构，例如使用光子互连的方案。
2016-06-24 quant-ph
Scalable Full-Stack Benchmarks for Quantum Computers
本文提出一种无需经典模拟、仅用高效经典计算即可从任意酉电路创建量子处理器全栈基准测试的通用技术，并用于随机化电路和哈密顿模拟电路基准测试，在IBM Q设备上验证了其有效性。
2023-12-21 quant-ph
Parallel window decoding enables scalable fault tolerant quantum computation
针对量子纠错解码器随问题规模增大而变慢导致数据积压和指数级减速的问题，提出并行窗口解码方法，实现近乎任意速度的解码，将逻辑时钟减速限制为多项式级别，并在表面码上验证了不损失逻辑保真度的并行加速效果。
2023-02-04 quant-ph
TSV-integrated Surface Electrode Ion Trap for Scalable Quantum Information Processing
在这项研究中，我们报告了第一个铜填充通过硅通孔（TSV）集成离子阱。TSV直接放置在电极下方，作为离子阱和玻璃中介层之间的垂直互连，促进了随着电极数量的增加和复杂性的演变而进行的任意几何设计。TSV的集成将离子阱的形状因子降低了80%以上，使寄生电容从32 pF降至3 pF。尽管没有接地屏蔽层，但仍实现了低RF耗散。整个制造过程是在12英寸晶圆上进行的，并与已建立的CMOS后端工艺兼容。我们证明了装载和激光冷却单88 Sr+离子的陷阱的基本功能。它被发现，这两个加热速率（17量子/毫秒的轴向频率为300 kHz）和寿命（~30分钟）是类似尺寸的陷阱相媲美。这项工作开创了TSV集成离子阱的发展，丰富了可扩展量子计算的工具箱。
2021-01-04 physics.atom-ph quant-ph
Hückel Molecular Orbital Theory on a Quantum Computer: A Scalable System-Agnostic Variational Implementation with Compact Encoding
本研究提出基于变分量子消胀算法的紧凑编码方案，结合两种哈密顿量转换策略，在量子计算机上实现可扩展的休克尔分子轨道理论模拟，通过对称变体缓解大体系激发态误差，在6量子比特上完成C₆₀模拟，方法可跨领域适配。
2023-12-04 quant-ph
Decoherence in a scalable adiabatic quantum computer
我们考虑在大规模绝热量子计算装置中遇到的朗道-齐纳交叉的退相干的影响。我们分析了成功概率的依赖关系，即系统在新的基态结束的概率，对噪声幅度和相关时间。我们确定最佳的扫描速率，需要最大限度地提高成功概率。然后，我们讨论了尺度的退相干效应随着系统尺寸的增加。我们发现，这些影响对于大型系统可能很重要，即使它们对于每个小构建块都很小。
2006-11-22 cond-mat.other quant-ph
A Scalable Approach to Quantum Simulation via Projection-based Embedding
由于在经典数字计算机上运行的电子结构算法的计算复杂性，即使经过几十年的工作，适合模拟的分子系统的范围仍然受到严格限制。量子计算机有望超越这些限制，尽管在当今时代，这些设备的尺寸和噪音阻碍了重大进展。在这里，我们描述了一种新的和化学直观的方法，允许一个子域的分子的电子结构被精确地计算在量子设备上，而其余的分子被描述在一个较低的精度水平，使用密度泛函理论运行在一个经典的计算机上。我们证明，我们的方法产生的分子，不能完全模拟量子计算机，但可以解决经典的较低水平的近似改进的结果。我们的算法是可调的，因此可以调整量子模拟的大小以在可用的量子资源上运行。因此，随着量子器件变得越来越大，我们的方法将能够准确地研究越来越大的子域。
2022-05-17 quant-ph
AQER: a scalable and efficient data loader for digital quantum computers
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Hon Hai (Foxconn) Research Institute（鸿海（富士康）研究院）
AQER是一种基于信息论的高效量子数据加载方法，通过系统减少目标状态纠缠，提升量子计算的数据处理能力。
2026-02-02 quant-ph
Towards Linear Optical Quantum Computers
由于缺乏有效的双量子位逻辑门，使用线性光学的可扩展量子计算被认为是不可能的，尽管它易于实现单量子位门。双量子比特门必然需要两个光子之间的非线性相互作用，而这种非线性相互作用的效率在体材料中通常非常小。然而，我们最近已经表明，这个障碍可以绕过投影测量产生的有效的非线性，并与这项工作的线性光学量子计算成为一个新的可能性，可扩展的量子计算。我们回顾了有关其原则和要求的几个问题。
2004-02-13 quant-ph
Scalable Neutral Atom Quantum Computer with Interaction on Demand: Proposal for Selective Application of Two-Qubit Gate
我们提出了一个可扩展的中性原子量子计算机，通过选择性的双量子比特门操作按需相互作用。原子被近场菲涅耳衍射光的晶格捕获，使得每个陷阱捕获单个原子。单量子比特门操作是通过施加到单个原子上的门控激光束来实现的。任意一对原子之间的双量子比特门操作是通过将这些原子发送到状态相关的光晶格并使它们碰撞来实现的，使得特定的双量子比特状态获得动力学相位。我们给出了相应的数值评估这些过程中，我们估计的上界的两个量子位门的操作时间和相应的门保真度。我们的建议是可行的冷原子气体，MEMS，纳米光刻，和光学的各个领域的现有技术。
2011-09-14 cond-mat.quant-gas quant-ph
Scalable Digital Hardware for a Trapped Ion Quantum Computer
缩放量子计算机硬件的许多挑战在于量子位和用于操纵它们的经典控制信号之间的接口。模块化离子阱量子计算机架构通过构建经由量子通信信道网络互连的各个量子处理器来解决可扩展性。这种量子硬件的成功操作需要完全可编程的经典控制系统，该控制系统能够对捕获和冷却离子量子位所需的连续波激光器进行频率稳定，稳定用于驱动离子量子位上的逻辑门操作的光学频率梳，提供大量模拟电压源来驱动捕获电极，以及用于在操纵量子位的所有控制器之间保持相位相干性的方案。在这项工作中，我们描述了这些硬件开发的挑战可扩展的解决方案。
2015-09-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Interconnect Fabrics for Multi-Core Quantum Processors: A Context Analysis
本文从通信角度分析了多核量子处理器扩展至数百万量子比特所面临的互连挑战，旨在鼓励片上网络社区参与解决该问题，为构建真正可扩展的量子计算机铺平道路。
2023-09-13 cs.ET quant-ph
Scalable Simulation of Fermionic Encoding Performance on Noisy Quantum Computers
Institute for Quantum Computing, University of Waterloo（量子计算研究所，滑铁卢大学）；David R. Cheriton School of Computer Science, University of Waterloo（大卫·R·切里顿计算机科学学院，滑铁卢大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）；Department of Physics and Astronomy, University of Waterloo（物理与天文学系，滑铁卢大学）
研究通过经典模拟比较了Derby-Klassen编码与Jordan-Wigner编码的性能，发现其高采样需求限制了在近期设备中的应用。
2026-02-26 quant-ph
A distributed architecture for scalable quantum computation with realistically noisy devices
迄今为止，人们为实现容错量子计算付出了巨大的努力。然而，现有的容错方案假设多个量子比特共同存在于一个量子系统中，这与实验的实际情况是不相容的。在这里，我们提出了一种新的架构，实际上可扩展的量子计算，量子计算分布在小尺寸（四量子比特）的本地系统，这是由量子信道连接。我们表明，所提出的架构的工作原理，甚至与错误概率0.1%的本地操作，突破了一个数量级的共识。此外，量子信道的保真度可以是非常低的$\sim$ 0.7，这基本上放松了按比例放大架构的难度。本架构所需的所有关键要素及其准确性都在当前技术的范围内。目前的架构使我们能够实现量子计算机的有效缩放，就像今天的经典计算机一样。
2012-02-29 quant-ph
Scalable fault-tolerant quantum computation in DFS blocks
研究了如何通过级联不同的消相干子空间来实现可扩展的通用容错量子计算。基于可调的$XXZ$相互作用，提出了一种可扩展的量子计算机体系结构，该体系结构仅需对单一类型的参数进行操作，即可实现容错的通用量子计算.通过使用无相互作用子空间的概念，我们消除了调整逻辑量子比特之间的耦合的需要，这进一步降低了实现量子计算的技术难度。
2004-07-29 quant-ph
DigiQ: A Scalable Digital Controller for Quantum Computers Using SFQ Logic
由于生成/路由需要在室温下从经典控制器发送到稀释制冷机内的量子芯片的模拟控制信号的巨大成本，当今超导量子计算机原型中的低温量子比特的控制提出了重大的可扩展性挑战。因此，工业界和学术界的研究人员一直专注于设计冰箱内的经典控制器，以减轻这些挑战。超导单通量量子（SFQ）是一个经典的逻辑家族，提出了大规模的冰箱内控制器。SFQ逻辑由于其超高速和极低功耗，有可能最大限度地提高可扩展性。然而，SFQ逻辑的架构设计提出了挑战，由于其非常规的脉冲驱动的性质和缺乏密集的存储器和逻辑。因此，在体系结构层面的研究是必不可少的，以指导架构师设计基于SFQ的经典控制器的大规模量子机器。在本文中，我们提出DigiQ，第一个系统级设计的噪声中间尺度量子（NISQ）友好的SFQ为基础的经典控制器。我们执行基于SFQ的控制器的设计空间探索，并共同设计这些分解的量子门分解和基于SFQ的实现，以找到最佳的SFQ友好的设计点，该设计点在确保良好的量子算法性能的同时，以面积和功耗换取延迟和控制。我们的协同设计产生了单指令多数据（SIMD）控制器架构，该架构具有高可扩展性（> 42，000量子位规模），但对控制脉冲的校准提出了新的挑战。我们提出了软件级的解决方案来解决这些挑战，如果不解决这些问题，量子位硬件的缺陷将降低量子线路的保真度。
2022-02-03 quant-ph
Scalable Quantum Computation of Highly Excited Eigenstates with Spectral Transforms
本文提出利用量子线性系统问题求解器（如HHL算法）高效制备物理哈密顿量的高激发本征态，通过变分方式避免指数级前后处理开销，并在容错与近期量子计算机上实现，模拟显示其优于现有方法。
2023-10-12 quant-ph
Synergy between noisy quantum computers and scalable classical deep learning
本文提出将噪声量子计算机与经典卷积神经网络相结合，利用含噪期望值和电路结构信息预测量子伊辛模型Trotter电路的精确期望值，在经典方法失败时仍有效并优于零噪声外推，展示了量子-经典协同提升计算精度的优势。
2024-04-11 cond-mat.dis-nn 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
Scalable Simulation of Quantum Dynamics on Topological Quantum Hardware
New York University（纽约大学）；NYU-ECNU Center for Computational Chemistry at NYU Shanghai（上海纽约大学纽-华东师范大学计算化学中心）
本研究提出一个在拓扑量子硬件上模拟量子动力学的框架，利用非阿贝尔任意子和Solovay-Kitaev算法，实现对多体凝聚相系统的高效可扩展模拟。
2026-09-30 quant-ph
Quantum Computing Using Crossed Atomic Beams
量子计算机是一种假想的设备，其中使用量子力学的定律来将一定程度的并行性引入计算中，并且因此可以显著提高经典计算机在某些任务中的计算速度。团簇态量子计算（最近由Raussendorf和Briegel提出）是量子信息处理的一种新范式，它是对传统量子计算模型的一种背离。簇态量子计算机首先创建一个高度纠缠的多粒子态（簇态），在计算过程中将其用作量子资源。信息在计算机中通过对形成簇状态的各个量子位进行选择性测量来处理。我们详细描述了如何可以使用微波腔QED构建一个可扩展的量子计算机，并在偏离传统的理解，计算机作为一个固定的阵列的计算元素，我们表明，集群状态量子计算是非常适合原子束实验。我们表明，所有必要的元素已经单独实现，并在不久的将来，一个真正可扩展的原子束量子计算机的建设可能是一个实验现实。
2006-05-23 quant-ph
Re-examining the quantum volume test: Ideal distributions, compiler optimizations, confidence intervals, and scalable resource estimations
量子体积测试是量子计算机的全系统基准，对量子比特数、保真度、连通性和其他被认为在构建有用设备中很重要的量敏感。该测试旨在对量子计算机的一般能力进行单一数字测量，但对其局限性和操作意义的完整理解仍然缺失。我们探索量子体积测试，以更好地了解其设计方面，对错误的敏感性，通过标准，以及通过对量子计算机意味着什么。我们阐明了一些瞬态行为的测试表现出的小量子比特数，包括理想的测量输出分布和常见的编译器优化的效率。然后，我们提出了一个有效的算法，估计预期的重输出概率在不同的错误模型和编译器优化选项，预测未来系统的性能目标。此外，我们探讨了原来的置信区间建设，并表明，它低于所需的覆盖率水平为Single Shot实验和overachieves更典型的镜头数。我们提出了一个新的置信区间的建设，达到指定的覆盖率为典型的拍摄数量，并通过测试所需的电路数量更有效。我们用从Quantinuum系统模型H1-1收集的$QV=2^{10}$实验数据集证明了这些节省。最后，我们讨论了量子体积测试对量子计算机的实际或操作能力的暗示，特别是在量子纠错方面。
2022-05-04 quant-ph
A Reconfigurable Cryogenic Platform for the Classical Control of Scalable Quantum Computers
固态量子比特技术的最新进展正在为容错量子计算系统铺平道路。然而，量子比特技术受到量子比特相干时间以及将量子系统与经典电子基础设施耦合的复杂性的限制。我们提出了一个基础设施，使读取和控制量子位，这是一个现场可编程门阵列（FPGA）上实现。FPGA平台支持多种量子位技术所需的功能，并且可以在4K到300K的温度范围内物理上接近量子位运行。在此温度范围内对平台进行的广泛表征表明，所有主要组件（如LUT、MMCM、PLL、BRAM、IDELAY2）都能正常工作，逻辑速度非常稳定。最后，通过在整个温度范围内运行具有相对稳定性能的集成ADC来实现稳定性。
2017-04-24 physics.ins-det quant-ph
A Scalable and Robust Compilation Framework for Emitter-Photonic Graph State
针对现有发射体-光子确定性图态编译方案忽略硬件特性、缺乏大图可扩展性的问题，提出一种分子图编译、局部补全优化的新型框架，显著降低了CNOT门数量与电路时长，提升了光子损耗抑制能力。
2025-03-25 cs.AR 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
Universal neural network potentials as descriptors: Towards scalable chemical property prediction using quantum and classical computers
本文提出利用通用神经网络势的中间信息作为通用描述符，通过迁移学习（如M3GNet和MACE）实现化学性质预测，在NMR化学位移基准上达到最先进精度，加速分子与材料发现。
2024-07-16 physics.chem-ph quant-ph
