A QUBO Formulation for Qubit Allocation
要在量子计算机上运行算法，必须选择从电路中的逻辑量子比特到量子硬件上的物理量子比特的分配。这种初始量子位放置或量子位分配的任务在当今的量子计算机上尤其重要，因为量子计算机具有有限数量的量子位，连接约束和变化的门的几何尺寸。在这项工作中，我们制定和实现量子位的位置问题作为一个二次，无约束二进制优化（QUBO）问题，并解决它使用模拟退火，以获得一个频谱的初始位置。与现有的分配方法相比，|ket $\rangle $和Qiskit，QUBO方法产生具有改进的电路深度的分配，用于大的基准电路集合的$>$ 50%，其中许多还需要更少的CX门。
2020-11-28 quant-ph
On the Influence of Initial Qubit Placement During NISQ Circuit Compilation
噪声中尺度量子（NISQ）机器是不容错的，操作很少的量子位（目前，不到一百），但能够执行有趣的计算。在量子霸权阈值之上（大约）。60量子比特），NISQ机器预计将比现有的经典计算机更强大。最严格的问题之一是计算（表示为量子线路）必须适应（编译）NISQ硬件，因为硬件不支持量子位之间的任意交互。该过程将额外的门（例如SWAP门）引入电路中，同时保持所实现的计算不变。每个额外的门增加了适配（编译）电路的故障率，因为硬件和电路不是容错的。可以合理地预期，位置会影响额外引入的门的数量。因此，出现了一个组合问题：电路量子位最初是如何分配（放置）到硬件量子位的？这项工作的新颖性依赖于用于调查的初始位置的影响的方法。为此，我们引入了一种新的启发式和成本模型来估计门的数量，以适应一个给定的NISQ架构的电路。我们实现了启发式（github上的源代码），并使用标准编译器（例如IBM Qiskit）作为黑盒进行基准测试。初步结果表明，成本降低高达10%，可以实现实际的电路实例上的实际NISQ架构，只有通过放置量子位不同于默认（平凡的位置）。
2019-01-30 cs.ET cs.PF quant-ph
Scalable Circuit Cutting: A Framework for Combined Gate and Wire Cuts Using Gate Groups
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Fraunhofer IIS, Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS（弗劳恩霍夫集成电路研究所IIS）；MQSC（量子计算与软件中心）
本研究提出统一框架结合门与线切割，通过门分组实现联合切割，将切割位置问题转化为可扩展图划分任务，为大规模电路高效识别近最优切割位置并提供诊断反馈以降低采样开销。
2026-08-07 cs.ET quant-ph
2D Qubit Placement of Quantum Circuits using LONGPATH
为了实现比传统经典计算更快的速度来寻找计算困难问题的解决方案，量子计算被引入。量子算法可以在伪量子环境中模拟，但实现涉及通过量子门的物理合成来实现量子电路。这需要将复杂的量子门分解为简单的一个量子比特和两个量子比特门的级联。物理合成的方法框架对操作数（量子位）和运算符的放置施加了约束。如果物理量子位可以放置在网格上，其中网格的每个节点表示一个量子位，则量子门只能在相邻的量子位上操作，否则必须插入SWAP门以将非线性最近邻架构转换为线性最近邻架构。SWAP门的插入应该是最佳的，以减少物理实现的累积成本。在实际实施之前，布局和布线需要生成一个进度表。本文提出了两种优化任意量子电路中SWAP门数目的算法。第一个算法的目的是从生成一个交互图开始，然后找到从最大度的节点开始的最长路径。第二种算法优化了任何一对非相邻量子位之间的SWAP门的数量。我们所提出的方法有一个显着减少在1D和2D NTC架构中的SWAP门的数量。
2020-07-14 cs.ET quant-ph
Structure-Aware Placement and Routing of Multi-Controlled Toffoli on Bivariate Bicycle Code Architectures
Nanyang Technological University（南洋理工大学）
本文针对双变量自行车码架构下多控托弗里门的映射难题，提出利用其二叉树结构的布局策略，结合外部魔术态工厂注入|CCZ>态，可减少模块间指令数并验证了编译电路的可行性。
2026-09-02 quant-ph
Optimizing Inter-chip Coupler Link Placement for Modular and Chiplet Quantum Systems
针对分布式量子计算中电路切割与量子比特映射研究不足的问题，提出自适应硬件感知框架 InterPlace，通过分析噪声构建虚拟拓扑指导映射，显著提升保真度并降低 SWAP 与片间操作开销。
2025-09-12 quant-ph
A Variation-Aware Quantum Circuit Mapping Approach Based on Multi-agent Cooperation
量子线路映射方法是噪声中尺度量子（NISQ）器件软件栈中不可缺少的一部分。它对NISQ设备上计算任务的可靠性有重大影响。为了提高物理电路的整体保真度，提出了一种基于多智能体协作的量子线路映射方法。该方法考虑了在NISQ器件上插入辅助操作时量子操作质量的时空变化。它由两个核心部分组成：量子位布局算法和量子位路由方法。量子比特放置算法利用迭代局部搜索框架来找到原始电路的简化对称形式的期望初始映射。量子比特路由方法通过多智能体通信和协作生成物理电路。每个代理根据其环境状态独立地插入辅助门。物理电路的质量根据代理之间的信息交换机制而演变，该机制结合了局部搜索和全局搜索。为了在超过当前NISQ器件能力的基准电路（具有数百个量子门）上进行实验，我们构建了一个噪声模拟器，其门误差比IBM最新的NISQ器件低10倍。实验结果证实了我们的方法在提高电路保真度的性能。与现有方法相比，该方法平均提高了25.86%，最高提高了95.42%。
2021-12-01 quant-ph
Design of a Universal Logic Block for Fault-Tolerant Realization of any Logic Operation in Trapped-Ion Quantum Circuits
提出了一种用于量子线路的物理映射工具，该工具可以生成最优的通用逻辑块（Universal Logic Block，ULB），使其能够以最小的延迟执行任何逻辑容错（logical fault tolerant，FT）量子操作。量子物理映射器解决的操作调度、放置和量子位路由问题高度依赖于彼此。更确切地说，调度解决方案由于可能由于操作调度而产生的资源压力而影响可实现的放置解决方案的质量，而操作放置和量子位路由解决方案由于前驱操作和当前操作之间的所得距离而影响调度解决方案，这进而确定路由延迟。所提出的用于量子物理映射器的流程通过应用（i）松散调度步骤来捕获这些依赖性，所述松散调度步骤将初始量子数据流图转换成明确捕获量子计算的无克隆定理的图，并且然后基于修改的力导向调度方法来执行指令调度以最小化资源争用和量子线路延迟，（ii）放置步骤，其使用定时驱动的指令放置来最小化近似路由延迟，同时对前述强制引导的调度器进行迭代调用，以根据需要校正量子操作的调度级别，以及（iii）路由步骤，其找到量子位的路由延迟的动态值。除了量子物理映射器之外，还提出了一种通过检查映射到不同ULB大小上的不同FT量子操作的延迟并使用关于目标量子算法的关键路径上的操作的发生频率的信息来加权这些延迟来确定目标量子线路的单个最佳ULB大小的方法。
2015-01-12 cs.ET quant-ph
CloudQC: A Network-aware Framework for Multi-tenant Distributed Quantum Computing
本文提出面向多租户量子云的框架CloudQC，通过设计电路放置与网络调度组件优化量子网络成本与计算时间，显著降低作业完成时间。
2025-04-29 cs.DC quant-ph
Optimization of Sensor-Placement on Vehicles using Quantum-Classical Hybrid Methods
当以成熟的形式考虑时，为了安全和自主能力而在车辆上放置传感器是一个复杂的优化问题，具有不同的约束。考虑到量子计算机有望在未来更“轻松”地解决某些优化问题，该问题被作为宝马量子计算挑战赛2021的一部分发布。在本文中，我们提出了两个公式的量子增强的解决方案，在一个系统的方式。在这个过程中，需要进行必要的简化，以适应量子模拟器和硬件的当前功能。从精心设计的模拟研究中得出的结果和观察结果证明了这些建议的正确功能和实用性。
2022-06-29 quant-ph
A Neutral-Atom Quantum Compiler with Application-Specific Layout and Hub-Assisted Shuttling
Faculty of Science and Technology, Keio University（庆应义塾大学理工学部）；Department of Physics, Graduate School of Science, Tokyo University of Science（东京理科大学理学研究部物理学专攻）
针对中性原子量子设备有限相互作用范围和最小间距约束，提出一种结合应用特定布局与辅助陷阱穿梭的编译器，通过动态放置空陷阱作为中转站，并采用逐门规则在SWAP路由和辅助穿梭间选择，解决了任意连接NISQ电路的编译问题，在路由主导电路上保真度提升达三个数量级。
2026-05-28 quant-ph
Quadratic Formulation of Mutual Information for Sensor Placement Optimization using Ising and Quantum Annealing Machines
针对传感器放置组合优化问题，提出将多元正态分布假设下选定与其余传感器位置间的互信息形式化为QUBO问题，并利用量子退火机求解验证，为大规模传感器优化提供了新方法。
2024-10-15 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
Compilation Techniques for Spin Qubits in a Shuttling Bus Architecture
本文针对硅自旋量子比特穿梭总线架构，提出五种量子电路映射策略以最小化穿梭相位误差并减少执行时间，发现Swap Return策略表现最佳，并证明知情初始放置能显著提升动态映射性能。
2025-02-10 quant-ph
QFAST: Conflating Search and Numerical Optimization for Scalable Quantum Circuit Synthesis
我们提出了一个量子合成算法，旨在产生短路和规模以及在实践中。的主要贡献是一种新的表示电路能够编码布局和拓扑结构使用通用的“门”，这使得QFAST算法，以取代昂贵的搜索电路结构与几个步骤的数值优化。与最佳深度、基于搜索的最先进技术相比，QFAST产生了类似的结果：电路长度增加了1.19倍，最多可达4个量子位，编译速度提高了3.6倍。此外，QFAST可扩展至7个量子位。与Qiskit中最先进的基于“规则”的分解技术相比，QFAST产生的电路短了两个数量级（331倍），尽管慢了5.6倍。我们还展示了与其他技术的可组合性和我们的配方在电路深度和运行时间方面的可调性。
2021-03-12 quant-ph
Efficient Light Source Placement using Quantum Computing
本文针对《我的世界》中火把放置这一NP难问题，提出基于QUBO表述的量子计算方法，通过迭代学习拉格朗日权重，并在真实量子硬件上用真实游戏数据验证了其有效性。
2023-12-02 quant-ph
FPGA-Placement via Quantum Annealing
本文提出将FPGA布局这一NP难问题转化为一系列QUBO问题，利用绝热量子计算求解，并在D-Wave Advantage 5.4上验证了其有效性。
2023-12-24 quant-ph
Emergency hub placement with a neutral-atom quantum computer
Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；Quantum Computing Solutions, Leonardo S.p.A.（量子计算解决方案，莱昂纳多股份公司）；Hypercomputing Continuum Unit, Leonardo S.p.A.（超算连续体单元，莱昂纳多股份公司）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
针对灾害响应中应急中心选址问题，提出混合量子-经典近似框架，利用中性原子量子计算机作为独立集采样器，在多达100节点的实例上实现近最优解。
2026-06-19 quant-ph
Pole placement design for quantum systems via coherent observers
我们以前扩展了Luenberger的方法，观察员设计的量子情况下，并开发了一类相干观察员跟踪线性量子随机系统的意义上的平均值。鉴于Luenberger观测器在经典控制中的广泛应用，研究相干观测器在量子反馈中的作用是很有趣的。作为探索基于量子力学的相干控制的第一步，本文研究了利用相干观测器的量子系统的极点配置技术，通过这种方式，闭环量子系统的极点可以被重新定位在任意期望的位置。与经典的反馈控制设计结合Luenberger观测器相比，这里允许量子植物和基于双稳态的控制器之间的直接耦合，以使控制器参数的设计具有更大的自由度。一个分离原则，我们展示了如何设计的观察员和反馈独立的量子力学的法律是一致的。所提出的方案适用于量子系统的相干反馈控制，特别是当瞬态动态响应是感兴趣的，并在一个例子中说明了这个问题。
2015-09-17 quant-ph
Asymmetric node placement in fiber-based quantum networks
本文分析光纤量子网络中中点站与量子中继器节点的非对称布置，结合色散、存储器噪声和数值实验，证明性能指标对小非对称性仅呈高阶退化。
2024-06-17 quant-ph
quAssert: Automatic Generation of Quantum Assertions
函数验证对于检测量子计算过程中的任何错误都是必要的。使用运行时断言来调试量子线路是有希望的途径。然而，现有的方法依赖于验证工程师的专业知识来手动设计并在合适的位置插入断言。在本文中，我们提出了基于静态分析和随机采样的量子线路的量子断言的自动生成和放置。具体而言，本文作出了两个重要贡献。我们利用统计方法自动揭示了量子线路的特殊性质，如纯经典态、叠加态和纠缠态。我们还执行量子断言的自动放置，以最大限度地提高功能覆盖率，并最大限度地减少硬件开销。我们使用一套量子基准测试，包括Shor的因子分解算法和Grover的搜索算法，证明了生成的断言在错误检测中的有效性。
2023-03-02 cs.SE quant-ph
Suppressing quantum circuit errors due to system variability
我们提出了一种量子线路优化技术，该技术考虑了当今嘈杂的量子计算平台上固有的错误率的变化。该方法可以在量子位路由或编译后运行，并且包括计算输入电路的同构子图，并使用从系统校准数据导出的启发式成本函数对每个子图进行评分。使用一个独立的标准算法测试套件，我们表明，通过有效地计算成本函数，使用更好的量子位选择，平均可以恢复近40%的丢失保真度。我们通过考虑多个量子处理器上的量子位放置来展示额外的性能增益。这些工具的开销相对于其他编译步骤（例如量子位路由）来说是最小的，因为量子位的数量增加了。因此，我们的方法可以用来找到量子比特映射的问题，在规模的量子优势和超越。
2023-03-21 quant-ph
Learnability, Identifiability, and Monitor Placement in Quantum Network Tomography
CONNECT Research Centre, School of Engineering, Trinity College Dublin（都柏林三一学院工程学院 CONNECT 研究中心）；Manning College of Information and Computer Science, University of Massachusetts, Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校曼宁信息与计算机科学学院）；Walton Institute, South East Technological University（东南理工大学沃尔顿研究所）
本文提出优化框架，用于在量子网络中高效放置监控节点以提高信道参数估计精度，通过整数线性规划方法实现最优监控策略。
2026-08-18 quant-ph
Implications of Electronics Constraints for Solid-State Quantum Error Correction and Quantum Circuit Failure Probability
在本文中，我们介绍了经典电子学约束对固态量子点逻辑量子比特架构的影响。由于路由密度、带宽分配、信号定时和经典支持电子器件的热感知放置的约束显著影响量子纠错电路的错误率。我们分析一个级别的量子纠错电路使用九个数据量子比特的培根肖尔码配置为量子存储器。一个假想的硅双量子点量子位（qubit）被用作基本元素。一个悲观估计的错误概率的量子线路计算使用门的总数和空闲时间，使用可证明的最佳时间表的电路操作与整数规划方法。微架构分析提供了关于电子器件影响电路性能的不同方式的见解（例如，时间表中的额外空闲时间），这会显著限制任何量子线路的最终性能，因此是任何未来更大规模架构分析的关键基础。
2011-05-03 quant-ph
Architecture-Aware Reinforcement Learning for Communication-Efficient Distributed Quantum Circuit Compilation
Stanford University（斯坦福大学）；Imperial College London（伦敦帝国学院）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
该研究针对分布式量子计算的通信感知编译问题，提出架构感知强化学习框架，经实验验证其在结构化工作负载上性能与顶尖启发式算法相当，为手动启发式算法提供了灵活替代方案。
2026-08-10 quant-ph
Mapping of Lattice Surgery-based Quantum Circuits on Surface Code Architectures
量子纠错（QEC）和容错（FT）机制是实现可靠量子计算的关键。然而，QEC大大增加了计算大小高达四个数量级。此外，FT实现对量子位布局有特定要求，导致资源和时间开销。降低时空成本变得至关重要，因为它有利于降低量子计算的失败率。为此，需要可扩展的量子位平面架构和有效的映射通道，包括量子位的放置和路由以及操作的调度。本文提出了一种完全映射的方法，在棋盘和瓦片两种表面码结构上实现基于晶格运算的量子线路。我们表明，棋盘架构是2倍量子位效率，但基于瓦片的架构在操作开销（高达86%）和延迟开销（高达79%）方面需要更低的通信开销。
2018-05-28 quant-ph
Minimizing the Latency of Quantum Circuits during Mapping to the Ion-Trap Circuit Fabric
量子计算机在解决一些特定但重要的问题方面比经典计算机快得多。实现量子计算系统的最大挑战是环境噪声。减少噪声影响（并因此减少构建容错量子电路的开销）的一种方法是减少在量子电路上运行的量子电路的延迟。在本文中，提出了一种新的算法的调度，布局和路由的量子算法，这是要实现的目标量子电路结构技术。该算法及其配套的软件工具在考虑离子阱量子电路结构的关键特性和约束的同时，推进了量子CAD方法和方法的最新发展。实验结果表明，该工具提高了约41%的前一个工具的结果。
2014-12-27 cs.ET quant-ph
Exact Diagonal Completion on Reachable Subspaces: Application to QAOA Placement
University of Missouri（密苏里大学）
本研究针对QAOA布局问题，提出在可达子空间上通过加权ℓ1优化实现精确对角补全，有效减少CX计数，但端到端优势未确立。
2026-10-01 cs.AR cs.ET quant-ph
Realization Divergence in Multi-Provider Quantum Computing: A Pre-Registered Study of What Survives Measurement
University of Jyväskylä（于韦斯屈莱大学）；QMill Oy（QMill公司）
该研究通过对三个供应商四个量子设备的硬件实验，发现相同量子电路在不同软件栈中存在实现分歧，布局策略、设备代际等会影响分歧程度，还识别出工具链边界检查对跨提供商比较的重要性。
2026-10-16 cs.SE quant-ph
Optimized Compilation of Logical Clifford Circuits
Fraunhofer IIS, Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS（弗劳恩霍夫集成电路研究所）；University of Würzburg（维尔茨堡大学）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·阿历克西斯大学）
本文针对 [[n,n-2,2]] 码族，通过将量子模拟原语作为单块编译，提出一种提升为规模不变、深度高效的编译策略，显著降低编译电路的错误率。
2026-06-01 quant-ph
Towards an Optimal Hybrid Algorithm for EV Charging Stations Placement using Quantum Annealing and Genetic Algorithms
量子退火是一种解决优化问题的启发式算法，由于D-Wave系统的成功，最近的使用量激增。本文的目的是找到一个很好的启发式解决电动汽车充电器放置（EVCP）的问题，一个问题，是非常重要的设置一个电动汽车（EV）充电器的成本和电动汽车在世界各地的预期激增。同样的问题陈述也可以推广到网格中任何实体的最佳放置，并可以探索以供进一步使用。最后，作者介绍了一种新的启发式结合量子退火和遗传算法来解决这个问题。所提出的混合方法需要种子的遗传算法与量子退火的结果。实验结果表明，该方法减少了$42.89\%$相比，香草量子退火样本EVCP数据集的兴趣点（POI）的最小距离。
2022-04-22 cs.NE quant-ph
Routing-Aware Placement for Zoned Neutral Atom-based Quantum Computing
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Quantum Software Company GmbH（慕尼黑量子软件有限公司）；Software Competence Center Hagenberg GmbH（哈根贝格软件能力中心有限公司）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出一种面向路由的中性原子量子计算布局方法，通过并行重新排列步骤减少重新排列时间和旅行距离，提升量子计算效率。
2025-05-28 cs.ET quant-ph
Solving Sensor Placement Problems In Real Water Distribution Networks Using Adiabatic Quantum Computation
量子退火是近年来出现的一种解决大规模组合最优化问题的量子计算方法。在本文中，我们制定的问题正确放置压力传感器的供水管网（WDN）作为一个组合最优化问题的形式，二次无约束二进制优化（QUBO）或伊辛模型。最佳传感器位置确实是检测和隔离故障事件的关键。我们概述了QUBO和伊辛公式的传感器布局问题从网络拓扑结构和一些其他功能。我们提出了一个详细的过程来解决这个问题，通过使用PyQUBO，一个开源的Python库最小化其哈密顿量。然后，我们将我们的方法应用到一个真正的配水网络的情况下。模拟退火和混合量子经典的方法上的D波机。
2021-08-20 math.OC quant-ph
LEQA: Latency Estimation for a Quantum Algorithm Mapped to a Quantum Circuit Fabric
本文介绍了LEQA，一个快速的延迟估计工具，用于评估映射到量子结构的量子算法的性能。可以通过在量子线路结构上的量子操作依赖图中执行量子指令和量子位的详细调度、放置和路由来计算实际量子算法延迟。然而，这是一个非常昂贵的提议，需要大量的处理时间。相反，基于计算量子位的邻域种群计数的LEQA可以以良好的准确度产生电路延迟的估计（即，平均误差小于3%），对于中型基准测试具有高达两个数量级的加速。预期该加速比作为电路大小（操作计数）的函数而超线性地增加。
2015-01-05 cs.ET 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
Quantum Circuit Cutting: Complexity and Optimization
Bar-Ilan University（巴伊兰大学）；NVIDIA（英伟达）；Chapman University（查普曼大学）；Technion, Israel（以色列理工学院）
研究量子电路切割的复杂性与优化，通过图论框架分析最优切割配置，证明相关问题为NP难，提出基于SMT的求解算法。
2026-04-26 quant-ph
qGDP: Quantum Legalization and Detailed Placement for Superconducting Quantum Computers
qGDP是针对超导量子计算机的量子合法化与详细布局工具，通过遵循量子空间约束和减少谐振器交叉来缓解串扰，在NISQ基准上较最先进引擎平均提升保真度34.4倍、减少空间违规16.9倍。
2024-11-03 cs.SY eess.SY quant-ph
The Impact of Feature Embedding Placement in the Ansatz of a Quantum Kernel in QSVMs
University of Helsinki（赫尔辛基大学）
本文研究了QSVM中量子核QEK的电路架构设计，发现现有架构表现与文献假设不符，并提出一种性能相当但门数更少的新架构。
2024-09-20 cs.AI quant-ph
Ensemble-IR: Concise Representation for Quantum Ensemble Programs
针对现有量子框架无法简洁表示相关量子电路族的问题，提出中间表示Ensemble-IR，通过共享统一程序和符号操作编码整个工作负载，并在18个真实工作负载中验证了其可扩展性。
2025-07-13 quant-ph
Improved quantum circuits for elliptic curve discrete logarithms
我们提出了改进的量子线路的椭圆曲线标量乘法，最昂贵的组件在Shor的算法计算离散椭圆曲线群。我们优化低层次的组件，如可逆的整数和模运算，通过窗口技术和更自适应的位置的非计算步骤，并改善了以前的量子线路的模逆通过重新制定的二进制欧几里德算法。总的来说，我们得到一个仿射维尔斯特拉斯点加法电路，具有较低的深度，并使用较少的$T$门比以前的电路。虽然以前的工作主要集中在最小化量子位的总数，我们提出了各种权衡不同的成本指标，包括量子位的数量，电路深度和$T$门数。最后，我们在Q#量子编程语言中提供了一个完整的点加法实现，它允许对所有组件进行单元测试和自动量子资源估计。
2020-01-27 cs.ET quant-ph
Quantum Circuit Design of Integer Division Optimizing Ancillary Qubits and T-Count
本文提出了一种基于Clifford + T门的具有$n$辅助量子位的整数除法量子线路设计。所提出的量子线路基于恢复除法算法。所提出的整数除法量子线路由（i）条件加法运算的量子线路和（ii）整数减法运算的量子线路组成。为了设计量子整数除法的辅助和T计数优化设计，提出了整数条件加法运算和整数减法运算的优化量子线路设计。与现有的基于量子傅立叶变换的整数量子除法电路相比，该电路在辅助量子比特方面提高了50%，在T计数方面提高了90%.
2016-09-05 quant-ph
Quantum Teleportation-Inspired Algorithm for Sampling Large Random Quantum Circuits
我们表明，低深度的随机量子线路可以有效地模拟由量子隐形传态启发的算法。通过使用逻辑量子比特来重定向和传送量子线路中的量子信息，可以将原始线路重整为具有更少数量的逻辑量子比特的新线路。我们用该算法模拟了几种随机量子线路，包括1000量子位42深度的一维链电路、125*8量子位42深度的二维网格电路和72量子位32深度的二维Bristlecone电路.我们的研究结果提供了一个存储效率高的方法，具有清晰的物理图像来模拟低深度随机量子线路。
2019-01-15 quant-ph
Rademacher complexity of noisy quantum circuits
量子系统中的噪声是在大型量子线路上实现许多量子算法的主要障碍。在这项工作中，我们研究了噪声对量子线路的Rademacher复杂性的影响，这是一种统计复杂性的度量，它量化了这些电路产生的函数类的丰富性。我们考虑的噪声模型，表示由凸组合的酉通道，并提供了上限和下限的Rademacher复杂性的量子线路，其特征在于这些噪声模型。特别是，我们找到了一个下界的Rademacher复杂度的噪声量子线路，取决于相应的无噪声量子线路的Rademacher复杂度以及电路的自由鲁棒性。我们的结果表明，量子线路的Rademacher复杂度随着噪声的增加而降低。
2021-03-04 quant-ph
Quantum Circuit Learning
我们提出了一个经典-量子混合算法的机器学习在近期量子处理器，我们称之为量子线路学习。由我们的框架驱动的量子线路通过调整其上实现的参数来学习给定的任务。参数的迭代优化允许我们绕过高深度电路。理论研究表明，量子线路可以近似非线性函数，数值模拟进一步证实了这一点。混合低深度量子线路和经典计算机的机器学习，所提出的框架铺平了道路，为量子机器学习的近期量子设备的应用。
2019-04-24 quant-ph
Optimal synthesis of multivalued quantum circuit
虽然多值量子逻辑综合已经有了很多工作，但多值量子线路是否比传统的二值量子线路更有效的问题仍然没有解决。在这篇文章中，我们致力于一般多值量子线路的优化。改进了多值量子Shannon分解（QSD），使所得电路对所有维数d都是渐近最优的。对均匀多重控制$R_y$旋转的综合也进行了优化，使电路进一步简化。研究了多值量子线路复杂度的理论下界，提出了一个衡量多值量子线路综合效率的指标--效率指数.这里给出的qudit电路的算法是一个有效的综合例程，它产生所有维度d的最佳已知结果，并且对于这两种情况，qudit n的数量都很小，并且是渐近的。多值量子线路确实比二值量子线路更有效。事实上，量子电路的复杂性下限的主导因素与量子比特电路相比小了d-1倍，并且渐近效率指数随着维数d的增加而增加，揭示了量子电路相对于一般量子比特电路的潜在优势。用本文给出的算法综合的一般n量子电路和一般二量子电路是比最有效的量子电路更有效的实用电路。
2015-06-14 quant-ph
Designing Efficient Programmable Quantum Circuits
构建通用可编程电路，使其能够在量子处理器上有效地运行任何给定的幺正算子，这具有根本的重要性。我们提出了一种新的量子线路设计技术，产生了两种通用的可编程电路方案。电路方案可用于通过设置电路中的角度值来模拟任何给定的算子。这提供了一种固定的电路设计，其角度以有效的方式从给定矩阵的元素确定，该矩阵可以是非酉的。我们还给出了这些电路的经典和量子复杂性分析，并表明，电路需要一些经典计算，它们的量子复杂性几乎与非一般电路相同。
2012-07-22 quant-ph
Equivalent Quantum Circuits
为了更好地理解量子算法和协议，量子算法和协议通常被表示为量子线路。我们给出了一个等价规则的列表，这些规则可以帮助量子线路的分析和设计。作为实例应用，我们研究了量子隐形传态和密集编码协议的一个简单的XOR交换电路，并给出了一个基本的门隐形传态电路的直观图片。
2011-10-13 quant-ph
Quantum Circuit Cutting with Maximum Likelihood Tomography
本文提出最大似然片段层析（MLFT）电路切割方法，通过从片段测量数据中推断最可能的输出概率分布，在有限量子比特设备上以更高保真度估计分簇电路输出。
2021-03-16 quant-ph
Quantum circuit debugging and sensitivity analysis via local inversions
随着由最先进的量子处理器实现的量子线路的宽度和深度迅速增加，通过经典模拟进行电路分析和评估变得不可行。因此，开发新的方法来识别大型复杂量子线路中的重要误差源至关重要。在这项工作中，我们提出了一种技术，精确定位的量子线路的部分，影响电路输出最大，从而有助于确定最重要的错误来源。该技术不需要对电路输出进行经典验证，因此是用于调试电路形式的大型量子程序的可扩展工具。我们证明了所提出的技术的实用性和有效性，将其应用到IBM量子机上实现的示例算法电路。
2023-02-07 quant-ph
Simulating Circuit Layout for Distributed Quantum Computing
George Mason University（乔治梅森大学）；Florida Atlantic University（佛罗里达大西洋大学）
本文提出了一种用于分布式量子计算的电路布局模拟工具，通过分而治之的方法实现电路的编译和组装。
2025-12-24 quant-ph
A Resource Allocating Compiler for Lattice Surgery
本文提出一种将量子电路编译为格手术操作序列的资源分配编译器，以表面码补丁管理内存并估算时空体积，支持递归扩展至更大规模编译。
2025-06-05 quant-ph
MOSAIQC: Mixed-topology-aware Optimization for Scalable Approximate noise-Informed Quantum circuit Cutting
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
针对量子计算机资源不足问题，MosaiQC框架采用混合热启动与细化优化，结合线路和门切割及快速近似二次分配求解器，提升局部保真度，降低运行时和采样开销成本，在速度和质量间实现卓越权衡，减少电路切割放置计算开销。
2026-07-22 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
Entaglement-Based Quantum Mean Estimator Circuit
本文提出了一种计算给定量子态平均值的量子线路。该电路通过查询量子随机存储器来获取集合的值，并利用叠加、干涉和纠缠现象来估计$\mathcal{O}(\frac{1}ε\log{Nd})$复杂度的平均值。在IBM Q Experience上对所提出的量子均值估计器电路进行了仿真，结果表明所提出的量子线路具有增强许多基于均值的机器学习算法的潜力。
2019-11-28 quant-ph
