CQM: Cyclic Qubit Mappings
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
CQM通过动态重新映射技术缓解硬件异质性，通过扩展和收缩逻辑量子比特来平均逻辑错误率，同时具有低开销和高效资源利用。
2026-02-24 quant-ph
Thermal State Preparation via Rounding Promises
针对量子Gibbs态制备中Davies生成元需非物理舍入承诺的难题，构建随机舍入承诺系综，在保证混合时间相近的同时，以承诺热态的平均近似理想热态。
2023-10-04 quant-ph
Preparation of an Exciton Condensate of Photons on a 53-Qubit Quantum Computer
量子计算通过对纠缠量子态的制备和操纵，有望使某些类的经典计算得到指数级的加速。然而，到目前为止，量子计算机上的大多数分子模拟都仅限于少量粒子。在这里，我们在53量子比特的IBM量子计算机上制备了一个高度纠缠的态，代表53个粒子，这揭示了光子粒子和空穴的激子凝聚体的形成。虽然50多年来一直难以实现，但最近在石墨烯双层和金属硫属化物中实现了这种凝聚。我们的结果与光子凝聚体有可能进一步探索这种新形式的凝聚体，可能发挥重要作用，实现有效的室温能量传输。
2020-04-28 quant-ph
Quantum Computing: An Overview Across the System Stack
量子计算机，如果完全实现，有望成为一项革命性的技术。因此，量子计算已经成为过去几年最热门的研究领域之一。从量子算法的创建到硬件设备的开发，系统堆栈的各个级别都在进行大量的努力。量子时代似乎来得更早而不是更晚，因为商业上有用的中小型机器已经建成。然而，全尺寸量子计算机及其执行的全尺寸算法目前仍然遥不可及。目前还不确定第一台这样的计算机将如何建造。许多不同的技术都在竞争成为第一台可扩展的量子计算机。
2019-10-29 quant-ph
Special Session: Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) Computers -- How They Work, How They Fail, How to Test Them?
首先，量子计算机最近已经证明了“量子至上”或“量子优势“：执行在经典机器上不可能的计算。今天的量子计算机遵循NISQ范式：它们的错误率比传统电子产品高得多，并且没有足够的量子资源来支持强大的纠错协议。这引发了一些问题，即相关计算是否在NISQ架构的范围内。一些“NISQ时代的算法”被假定为与这种计算机的特性相匹配;例如，变分优化器是基于交织相对较短的量子和经典计算，从而最大限度地提高成功的机会。本文将批判性地评估NISQ计算的承诺和挑战。到目前为止，这个领域已经取得了什么成就，我们可能很快会取得什么成就，我们在哪里必须持怀疑态度，等待更大规模的完全纠错架构的出现？
2023-01-27 quant-ph
The Feynman-Kitaev computer's clock: bias, gaps, idling and pulse tuning
本文给出了费曼计算机构造和Kitaev局部哈密顿问题中关于钟的一系列结果。首先，通过分析具有不同端点项的线上的量子行走的谱，我们发现Feynman哈密顿量的间隙的更好的下界，这转化为对QMA完全局部哈密顿量问题的不太严格的承诺间隙要求。我们也将这个结果翻译成绝热量子计算的语言。其次，引入一个空闲的时钟结构，具有大的状态空间，但快速Cesaro混合，我们提供了一种方法，用于实现任意高的成功概率计算与费曼的计算机，只有对数增加的时钟量子比特的数量。最后，我们调整，从而提高成本（局部性，间隙缩放）实现一个（脉冲）时钟与一个单一的激励。
2018-07-04 quant-ph
CMOS Quantum Computing: Toward A Quantum Computer System-on-Chip
本文综述CMOS量子计算，梳理半导体量子比特、量子门及控制读出电路的进展，分析单片集成走向大规模量子SoC的前景与挑战。
2020-12-16 eess.SP quant-ph
Long-Time Error-Mitigating Simulation of Open Quantum Systems on Near Term Quantum Computers
本文在IBM量子硬件上模拟开放量子系统，展示深层电路下长时间误差缓解能力，证明耗散算法优于非耗散算法，为驱动-耗散量子多体问题的求解带来希望。
2024-06-05 quant-ph
Enhancing quantum computer performance via symmetrization
大型量子计算机有望解决一些其他方法无法解决的关键问题。然而，现代量子技术存在各种缺陷，如控制误差和量子比特退相干，抑制了它们的潜在效用。量子纠错的开销对于近期的量子计算机来说太大了，而解决特定设备缺陷的错误缓解策略可能会随着设备的改进而失去相关性。为了提高量子计算机的性能与高质量的量子比特，我们介绍了一种策略的基础上对称化和非线性聚集。在商业捕获离子量子计算机上，它将多种实用算法的性能提高了100倍，而没有量子位或门开销。
2023-01-18 cs.ET quant-ph
Training of Quantum Circuits on a Hybrid Quantum Computer
生成式建模是机器学习的一种，其应用范围从计算机视觉到化学设计。它有望成为最适合利用近期量子计算机提供的额外资源的技术之一。我们实现了一个数据驱动的量子线路训练算法的规范的酒吧和条纹数据集使用量子经典混合机。训练通过在捕获离子量子计算机上运行参数化电路进行，并将结果馈送到经典优化器。我们应用两个独立的策略，粒子群和贝叶斯优化这个任务。我们表明，量子线路的收敛到目标分布的量子硬件和经典的优化策略，关键取决于。我们的研究代表了高维通用量子线路的首次成功训练，并强调了与混合学习方案相关的承诺和挑战。
2019-10-31 quant-ph
Comment on the Quantum Supremacy Claim by Google
量子计算有望在时间尺度上执行某些计算任务，比现有经典计算机上的任何已知算法都快得多，例如计算大整数的素因子。最近，谷歌的一个研究团队声称已经用量子计算机完成了这样一项任务，在实践中展示了这种所谓的量子霸权。在这里，我们认为这种说法是不合理的。与其他评论不同，我们的批评与量子计算的输出数据的丢失验证有关。
2021-08-29 quant-ph
Materials Challenges for Trapped-Ion Quantum Computers
捕获离子量子信息处理器通过电场将信息存储在自由空间中保持在适当位置的原子离子中。量子逻辑通过使用光和微波信号操纵离子的内部和共享的运动量子态来实现。虽然被捕获的离子在量子增强计算、传感和通信方面表现出很大的潜力，但需要进行材料研究来设计陷阱，通过集成系统组件（包括用于离子量子位控制的光学和电子器件）来提高性能，同时最大限度地减少陷阱电极表面产生的几乎无处不在的电场噪声。在这篇综述中，我们考虑了这种集成系统的材料要求，重点是阻碍当前实际量子计算进展的问题。我们给出了材料科学家和捕获离子技术专家如何共同开发基于材料的集成和噪声缓解策略的建议，以实现下一代捕获离子量子计算机。
2020-09-02 quant-ph
Quantum Computation--The Ultimate Frontier
一种在量子计算机上以多项式时间运行的因式分解算法的发现，引起了人们对量子计算的原理、优点和局限性的共同努力。与此同时，许多不同的量子系统正在探索它们是否适合作为未来量子计算机的物理基底。我讨论了量子计算机科学的一些理论基础，包括算法和纠错，并提出了一些物理系统，已显示出作为量子计算平台的希望。最后，我们讨论了量子计算革命的副产品：量子技术。
2002-02-07 quant-ph
Monte Carlo particle transport on quantum computers
Thales Research and Technology（泰雷兹研究技术）
针对粒子输运领域缺乏量子计算实现的问题，提出基于离散时间量子行走并结合振幅放大例程的数值方案，以实现蒙特卡洛粒子输运的二次方级量子加速。
2024-10-25 quant-ph
From simulatability to universality of continuous-variable quantum computers
本论文探讨了连续变量量子计算机相对于经典设备的计算优势边界，通过一系列证明展示了包括高度Wigner负性Gottesman-Kitaev-Preskill态在内的复杂电路仍可在多项式时间内经典模拟。
2025-05-27 quant-ph
A Self Assembled Nanoelectronic Quantum Computer Based on the Rashba Effect in Quantum Dots
量子计算机有望极大地增强计算能力，并具有解决经典难题的不可思议的能力。然而，对于这种计算机的鲁棒的固态实现存在很少的建议，其中量子门被充分小型化以具有纳米级尺寸。在这里，我提出了一种新的方法，即一个完整的计算机与纳米级门可能是自组装使用化学合成。具体来说，我演示了如何自组装的基本单位的量子计算机-一个2量子位通用量子控制非门-基于两个交换耦合的多层量子点。然后，我将展示如何使用硫醇化共轭分子作为电连接器来连接这些门。量子比特被编码在由Rashba相互作用自旋分裂的量子点的基态中。任意量子位旋转是通过将适当幅度和持续时间的电势脉冲施加到目标量子点而使目标量子点中的自旋分裂能量与全局ac磁场共振来实现的。2量子比特受控非操作（XOR）的受控动力学可以通过利用与最近邻点的交换耦合来实现。提出了计算机初始化和数据输入/输出操作的完整处方。
2000-11-07 quant-ph
Quantum Computation as Geometry
量子计算机前景广阔，但要找到解决有趣计算问题的有效量子线路仍然是一个挑战。我们发现，寻找最佳的量子线路本质上是等价于找到两点之间的最短路径在一定的弯曲几何。通过将寻找量子线路的问题重新转换为几何问题，我们开辟了使用黎曼几何的数学技术来提出新的量子算法或证明量子计算机能力的局限性的可能性。
2006-03-21 quant-ph
Just Like the Real Thing: Fast Weak Simulation of Quantum Computation
针对量子计算机规模与可用性受限、量子研发依赖经典模拟的问题，提出基于决策图量子态表示的弱模拟算法，可生成与无错量子机统计一致的输出，首次实现大规模物理量子机的模拟。
2020-07-30 quant-ph
Quantum Analogue Computing
我们简要回顾一下量子计算机是什么，它承诺为我们做什么，以及为什么建造一台如此困难。量子系统的量子模拟是最早有望取得成果的应用之一。虽然大多数量子计算是经典数字计算的扩展，但量子模拟在数据如何在量子计算机中编码方面有着根本的不同。为了执行量子模拟，要模拟的系统的希尔伯特空间被直接映射到量子计算机中的（逻辑）量子比特的希尔伯特空间上。这种类型的直接对应就是经典模拟计算机中数据的编码方式。没有二进制编码，提高精度的代价是指数级的：每增加一位精度，计算机的大小就会增加一倍。这对量子模拟的精度和误差校正要求都有重要的影响，并且关于其实用性仍然存在重要的开放问题。这也意味着模拟计算机的量子版本，连续变量量子计算机（CVQC）成为量子模拟的一种同样有效的架构。过去使用经典模拟计算机的经验教训可以帮助我们在未来建立更好的量子模拟器。
2010-01-13 quant-ph
Demonstration of Minisuperspace Quantum Cosmology Using Quantum Computational Algorithms on IBM Quantum Computer
量子计算机有望有效地解决传统计算机难以解决的重要问题。量子计算算法有可能成为研究量子宇宙学的一种令人兴奋的新方法。在量子宇宙学中，我们了解宇宙的动力学，但没有建立一个完整的量子引力理论。由于普遍波函数存在于无限维超空间中的所有可能的3D度量和模式的物质配置，我们采取minisuperspaces为我们的工作，通过限制的自由度，以特定的3D度量和统一的标量场配置。在这里，我们考虑各种各样的宇宙学模型。我们首先分析具有宇宙学常数和经典辐射的各向异性宇宙。然后，我们研究了量子宇宙学中的高阶导数，卡鲁扎-克莱因理论和弦介子的结果。我们使用IBM的量子信息科学工具包（QISKit）Python库和变分量子本征求解器（VQE）算法来研究这些系统。VQE算法是一种混合算法，它使用变分方法并交错量子和经典计算，以便找到给定系统的哈密顿量的最小本征值。
2019-12-01 quant-ph
Quantum Simulation on Noisy Superconducting Quantum Computers
量子模拟是量子计算的一个潜在的强大应用，有望能够模拟经典计算方法无法达到的有趣的量子系统。尽管有这样有前途的应用，并在积极的研究增加，很少有介绍性的文献或演示的主题在研究生或本科生的水平。这人为地增加了进入该领域的障碍，而该领域的学术界和工业界的劳动力已经有限。在这里，我们介绍了模拟量子系统，从一个选定的哈密顿量，概述状态的准备和演变，并讨论测量方法。我们提供了一个例子模拟测量状态动力学的紧束缚模型与无序的时间演化使用铃木-特罗特分解。此外，错误缓解和噪声降低对于在当前可用的噪声量子计算机上执行量子算法是必不可少的。我们讨论和演示各种错误缓解和电路优化技术，显着提高性能。所有的源代码都是免费提供的，我们鼓励读者在此基础上进行构建。
2022-10-06 quant-ph
A Review of Procedure to Evolve Quantum Procedures
存在比经典算法更有效的量子算法;这种算法是由Shor在1994年发明的，然后是Grover在1996年发明的。自Grover算法以来，缺乏发明通常归因于量子算法对经典训练的人的非直观性质。因此，使用计算机自动生成基于进化模型的量子算法的想法出现了。这种方法的局限性在于量子计算机还不存在，并且在经典机器上的量子模拟具有指数级开销。尽管如此，对进化量子算法的早期研究已经显示出了希望。本文介绍了量子和进化算法的计算机科学家不熟悉这些领域。然后回顾了使用进化算法来进化量子算法的令人兴奋的领域。
2007-08-24 quant-ph
Characterizing large-scale quantum computers via cycle benchmarking
量子计算机有望比数字计算机更有效地解决某些问题。实用的量子计算面临的一个主要挑战是表征和减少在大规模处理器上运行的算法期间积累的各种错误。目前的表征技术无法充分考虑指数级的大量潜在误差，包括串扰和其他相关噪声源。在这里，我们开发了循环基准测试，这是一种严格且实际可扩展的协议，用于表征多量子比特量子处理器的局部和全局错误。我们通过在离子阱量子计算机上量化非纠缠和纠缠操作中的此类错误，实验证明了其实用性，其中最多10个量子位，多量子位纠缠门的总过程可靠性范围从2个量子位的99.6（1）%到10个量子位的86（2）%。此外，循环基准测试数据验证了每个单量子位门和每个双量子位耦合的错误率不会随着系统尺寸的增加而增加。
2019-02-22 quant-ph
On the Hardness of Measuring Magic
本文引入泡利不稳定性作为魔幻度量，并在IBM Eagle处理器上实验测量，证明大规模魔幻测量在计算上不可行，揭示量子加速与魔幻可测性之间的根本矛盾。
2024-08-03 quant-ph
Quantum Advantage in Resource Estimation
本文提出通过测量模拟误差实现量子资源估算的指数级量子优势，并提供相应算法以减少量子算法运行时间。
2025-12-01 quant-ph
Quantum computing via measurements only
量子计算机有望有效处理某些经典计算机技术难以处理的计算任务。虽然量子计算机的基本原理已经在实验室中得到了证明，但这些系统对大量量子位的可扩展性对于Shor算法等实际应用至关重要，这是一个巨大的挑战。目前的大多数实验都是为了实现选定粒子（量子比特）之间高度受控的相互作用序列，从而遵循量子计算机作为量子逻辑门（顺序）网络的模型。在这里，我们提出了一个不同的可扩展量子计算机模型。在我们的模型中，量子计算的整个资源最初以大量量子比特的特定纠缠态（所谓的簇态）的形式提供。然后，信息被写入到集群，处理，并读出从集群的单粒子测量。因此，团簇的纠缠态可以作为任何量子计算的通用基底。在任何具有量子伊辛型相互作用（在非常低的温度下）的系统中，都可以在晶格结构中的两态粒子之间有效地产生团簇态。
2000-10-07 quant-ph
High Dimensional Quantum Machine Learning With Small Quantum Computers
Leiden University（莱顿大学）
针对量子比特数不足限制高维量子机器学习的问题，提出用少量小型量子电路评估构建模型以逼近大型电路，并在数字识别和10量子比特PQC逼近中验证其优于神经网络。
2023-07-12 cs.LG quant-ph
New quantum neural network designs
量子计算机有望改善机器学习。我们研究了新的量子神经网络设计的性能。目前采用的量子神经网络依赖于特征图将输入编码为量子态。这个状态，然后通过一个参数化的变分电路。最后，在经典计算机上进行测量和后处理，以提取量子模型的预测。我们开发了一种新的技术，我们合并的特征映射和变分电路到一个单一的参数化电路和后处理的结果使用一个经典的神经网络。在各种真实的和生成的数据集上，我们证明了新的组合方法优于分离的特征映射和变分电路方法。我们实现了更低的损耗、更高的精度和更快的收敛速度。
2022-03-12 quant-ph
The Quantum House Of Cards
本文探讨了量子计算机在兑现解决药物发现、加密破解等重要问题承诺时面临的困难，并全面分析了从顶层算法到底层硬件及中间量子纠错层的整个技术栈。
2023-12-29 quant-ph
Quantum Embedding Theories to Simulate Condensed Systems on Quantum Computers
量子计算机有望提高材料的量子模拟的效率，并使研究系统和性能更复杂，而不是目前在经典架构上易于处理。在这里，我们讨论了使用嵌入理论在嘈杂的中间尺度量子计算机上进行固体电子结构计算的计算框架，并且我们给出了一类特定材料的例子，即，固体中的自旋缺陷这些是构建未来量子技术的有前途的系统，例如，用于量子通信的计算机、传感器和设备。虽然量子体系结构的量子模拟还处于起步阶段，但现实系统的有希望的结果似乎触手可及。
2022-04-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Uniform Diagonalization Theorem for Complexity Classes of Promise Problems including Randomized and Quantum Classes
在理论计算机科学中，基于Cantor对角论证思想的对角化是一种广泛使用的工具，它通过间接证明来获得关于计算问题和复杂性类的结构性结果。一致对角化定理允许在复杂性类之外构造问题，同时仍然可以简化为特定的决策问题。本文通过将一致对角化定理推广到承诺问题和它们形成的复杂性类，例如随机和量子复杂性类，提供了一致对角化定理的一个推广。该定理要求从底层的计算模型，不仅其接受和拒绝行为的可判定性，而且其promise-contradicting冷漠的行为-一个属性，我们将介绍为“总的可判定性”的承诺问题。一致对角化定理的含义主要有两种：1。中间问题的存在（例如BQP和QMA之间）-也称为Ladner定理-和2。如果复杂性类的问题包含在子类中，则存在不可判定性（例如BQP中QMA问题的成员资格）。与原始的一致对角化定理一样，除了BQP和QMA之外，扩展还适用于各种复杂性类对，包括确定性类、随机类和量子类的组合。
2019-02-21 cs.CC quant-ph
Efficient universal quantum channel simulation in IBM's cloud quantum computer
量子信道的研究是一个基础性的领域，具有广泛的应用前景，因为任何物理过程都可以表示为一个从初始态到最终态的量子信道。受幺正操作线性组合实现非幺正操作方法的启发，提出了一种模拟通用单量子比特信道的量子算法，该算法由对应于4个Kraus操作的“准极值”信道的凸组合描述，可扩展到任意高维.我们使用IBM云量子计算机对整个算法进行了实验验证，并研究了不同量子比特量子信道的性质。我们说明了一般量子比特量子信道的量子容量，它量化了可以保护的量子信息的量。量子容量在不同信道中的行为揭示了哪些类型的噪声过程可以支持信息传输，以及哪些类型的噪声过程破坏性太大而无法保护信息。理论预测和实验结果基本一致，有力地支持了我们的方法。通过实现任意量子比特信道，为探索量子信道的各种特性提供了一种通用的方法，为量子通信提供了新的前景。
2017-06-25 quant-ph
Degenerate Local-dimension-invariant Stabilizer Codes and an Alternative Bound for the Distance Preservation Condition
执行可靠量子计算的一个障碍是克服噪声。一种可能性是减少需要保护免受噪声影响的粒子数量，而是使用具有更多状态的系统，即所谓的qudit量子计算机。在本文中，我们表明，这些系统的代码可以从已知的代码，特别是退化的稳定器代码可以有他们的距离也承诺在足够大的局部维数，以及一个新的约束所需的局部维数保持距离的局部维不变的代码，这是一个结果，可以证明是有用的纠错量子计算机。
2021-10-28 quant-ph
Teaching Quantum Informatics at School: Computer Science Principles and Standards
本研究针对学校计算机科学教育中缺乏量子信息学教学研究的问题，将量子信息学纳入 Denning 的计算机科学大原理框架，并提出了面向中学的量子信息学标准。
2024-07-17 physics.ed-ph quant-ph
Simulation of exceptional-point systems on quantum computers for quantum sensing
本文提出基于辅助比特的方法在量子计算机上实现例外点哈密顿量，并通过云量子实验和Puiseux级数理论证明其量子费舍尔信息在EP处发散，从而为量子传感提供优势。
2024-01-11 quant-ph
Matrix Product State on a Quantum Computer
College of Computer Science and Technology, National University of Defense Technology（国防科技大学计算机学院）
本文提出量子矩阵积态方法，通过减少量子比特需求来提升近期量子设备的变分算法性能，同时具备分布式量子计算的潜力。
2026-02-07 quant-ph
Noise tailoring for Robust Amplitude Estimation
通用容错量子计算机有望加速经典计算机上难以处理的计算问题;然而，在接下来的十年左右，我们的访问仅限于嘈杂的中间尺度量子计算机（NISQ），也许还有早期容错（EFT）量子计算机。这激发了许多近期量子算法的发展，包括鲁棒幅度估计（RAE），这是一种用于估计期望值的量子增强算法。使用RAE的一个障碍是缺乏将实际误差模型纳入该算法的方法。到目前为止，设备噪声对RAE的影响被纳入其子程序之一，作为一个指数衰减模型，这是不现实的NISQ设备，也许，EFT设备，这阻碍了RAE的性能。而不是试图明确模拟现实的噪声效应，这可能是不可行的，我们绕过这个障碍，通过定制设备噪声产生一个有效的噪声模型，其对RAE的影响非常类似的指数衰减模型。使用嘈杂的模拟，我们表明，我们的噪声定制的RAE算法能够重新获得改进的偏差和精度，预计RAE。此外，在IBM的量子计算机上，我们的算法在减少偏差方面优于标准估计技术。因此，我们的工作扩展了RAE在NISQ计算机上的可行性，从而使我们更接近使用这些设备实现量子优势。
2022-08-24 quant-ph
Experimental Boson Sampling
通用量子计算机有望比经典计算机大幅提高速度，但全尺寸实现仍然具有挑战性。然而，已经提出了中间量子计算模型，这些模型不是通用的，但可以解决被强烈认为是经典困难的问题。Aaronson和Arkhipov已经证明，随机光网络中的单光子干涉可以解决玻色子输出分布采样的难题，这与计算矩阵积和式直接相关。值得注意的是，这种计算不需要基于测量的交互或自适应前馈技术。在这里，我们使用高质量的激光写入集成量子网络来演示这种计算模型，这些网络被设计用于实现随机酉矩阵变换。我们的实验特性的集成器件使用原位重建方法和观察三光子干涉，导致玻色子采样输出分布。我们的研究结果为量子计算机设定了一个基准，它有可能仅使用几十个光子和线性光学元件就能超越传统计算机。
2012-12-10 quant-ph
Experimental Realization of the Markov Chain Monte Carlo Algorithm on a Quantum Computer
Qubit Pharmaceuticals（Qubit制药公司）；Sorbonne Université（索邦大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
本研究在量子计算机上实现了马尔可夫链蒙特卡罗算法，展示了在NISQ硬件上获得准确结果的可能性。
2026-09-30 quant-ph
Topological two-dimensional Floquet lattice on a single superconducting qubit
先前的理论和实验研究表明，目前的NISQ器件构成了模拟量子模拟的强大平台。通过最先进的量子计算机提供的精致控制水平，我们证明了人们可以更进一步并实现广泛的Floquet Hamilton，或一般的时间相关Hamilton。然后，我们在IBM Quantum Experience中实现了这些模型的单量子位版本，并通过实验实现了Bernevig-Hughes-Zhang Chern绝缘体的时间版本。从我们的数据中，我们可以推断存在的拓扑转换，从而实现了早期的建议，拓扑频率转换的马丁，Refael和Halperin。我们的研究强调了通过量子计算机的多频驱动研究多体系统时的承诺和局限性。
2021-03-25 quant-ph
Achieving Utility-Scale Applications through Full Stack Co-Design of Fault Tolerant Quantum Computers
通过全栈协同设计容错量子计算机，将二氧化碳利用的量子计算运行时间从22年缩短至1天，实现显著的量子优势。
2025-11-19 quant-ph
One nine availability of a Photonic Quantum Computer on the Cloud toward HPC integration
本研究设计并实现了首台基于单光子的云端通用量子计算平台，实现了六个月内面向外部用户92%的一个九可用性，为混合HPC-QC基础设施中量子计算的普及奠定基础。
2023-08-28 quant-ph
Teleportation-Based Controlled-NOT Gate for Fault-Tolerant Quantum Computation
量子计算机承诺为许多计算任务提供戏剧性的速度。然而，对于大规模量子计算，物理量子比特与噪声环境的不可避免的耦合对现实生活中的实现提出了重大挑战。Gottesmann和Chuang提出的一个方案可以通过以容错的方式实现通用量子门来帮助克服这个困难。在这里，我们报告了一个非平凡的演示这种架构，通过执行基于传送的双量子位控制非门通过线性光学高保真六光子干涉仪。结果表明，该闸门的工作原理和缠绕能力是正确的。我们的实验代表了现实量子计算机可行性的重要一步，并可能引发线性光学量子信息处理中的许多进一步应用。
2010-03-04 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
Variational Quantum Algorithms for Differential Equations on a Noisy Quantum Computer
本文研究在含噪声量子计算机上利用变分量子算法QCL结合参数移位规则求解微分方程，并在IBM量子硬件上验证了函数学习、求导及一阶微分方程求解的可行性，同时展示了多量子比特并行学习与耦合微分方程求解的潜力。
2025-04-10 quant-ph
Practical application-specific advantage through hybrid quantum computing
量子计算有望解决传统计算机无法解决的技术和工业问题。然而，今天的量子计算机仍然具有有限的可证明的功能，并且预计需要扩展到数百万个量子位才能实现这一吹捧的承诺。实现实际量子优势目标的可行途径是实现量子计算机和经典计算机的融合的混合操作模式。在这里，我们提出了一种基于以内存为中心的异构多处理架构的混合量子云，并将其集成到高性能计算数据中心级环境中。我们证明，利用量子云，我们的混合量子算法，包括量子编码（QuEnc），混合量子神经网络和张量网络，使优化，机器学习和仿真领域的优势。我们显示的优势，混合算法相比，标准的经典算法的计算速度和质量的解决方案。混合量子硬件和软件的进步使得量子计算在今天的实践中非常有用。
2022-05-10 cs.AR cs.SE quant-ph
Satellites promise global-scale quantum networks
Institute of Atomic and Molecular Sciences, Academia Sinica（中央研究院原子与分子科学研究所）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；John A. Paulson School of Engineering and Applied Science, Harvard University（哈佛大学的约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Boeing Research and Technology（波音研究与技术）；SUPA Department of Physics, University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学SUPA物理系）；Centre for Computational and Data Sciences, IIT Kharagpur（印度理工学院卡格普分校计算与数据科学中心）；Center for the Science of Materials Berlin (CSMB), Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学材料科学中心）；Ferdinand-Braun-Institut (FBH)（费迪南德·布劳恩研究所）
卫星有望通过减少光子损耗实现长距离量子通信，推动全球量子网络发展。
2025-05-10 physics.optics physics.space-ph quant-ph
A quantum procedure for map generation
IBM Research - Zurich（IBM苏黎世研究院）
量子计算是一种新兴技术，有望提供广泛的可能用例。这一承诺主要基于在未来十年内不太可能可行的算法。对于近期的应用，量子软件需要根据可用的硬件进行精心定制。在本文中，我们开始探索近期量子计算机是否可以提供在计算机游戏的创建和实现中有用的工具。地缘政治地图及其相关历史的程序生成被认为是一个激励的例子。这是通过在量子程序中为国家编码一个基本的决策过程来执行的，该量子程序非常适合于近期设备。鉴于量子计算在程序生成领域的新颖性，我们还介绍了所涉及的基本概念。
2020-05-20 cs.AI cs.ET quant-ph
Unconditional verification of quantum computation with classical light
本文提出一种“物理经典”验证协议，验证者仅通过发送相干光即可对求解BQP问题的量子计算机进行无条件验证，从而消除了现有协议对量子通信的依赖。
2024-03-29 physics.optics quant-ph
Optimizing a quantum reservoir computer for time series prediction
量子计算和神经网络为信息处理的未来展示了巨大的希望。在本文中，我们研究了量子水库计算机（QRC），这是一个利用量子动力学的框架，旨在快速有效地解决时间机器学习任务，如语音识别，时间序列预测和自然语言处理。具体而言，我们研究的存储容量和准确性的量子水库计算机的基础上的全连接横场伊辛模型通过调查不同形式的自旋间相互作用和计算时标。我们表明，自旋间相互作用的变化导致更好的记忆容量一般，通过工程的相互作用的类型的容量可以大大提高，并存在一个最佳的时间尺度，在该时间尺度的容量是最大化的。为了将计算能力与底层系统的物理特性联系起来，我们还研究了时间有序相关器，发现其更快的衰减意味着更准确的记忆。此外，作为对真实世界数据的示例应用，我们使用QRC来预测股票价值。
2020-06-26 cond-mat.dis-nn quant-ph
Q# and NWChem: Tools for Scalable Quantum Chemistry on Quantum Computers
容错量子计算有望在未来十年内解决量子化学中的突出问题。实现这一承诺需要可扩展的工具，允许用户将电子结构问题的描述转换为在物理硬件上执行的优化量子门序列，而不需要专门的量子计算知识。为此，我们提出了一个量子化学库，根据开源的MIT许可证，实现并使最先进的量子模拟算法的直接使用。该库是在Q#中实现的，Q #是一种旨在大规模表达量子算法的语言，并与领先的电子结构软件包NWChem接口。我们为这个接口定义了一个标准化的模式，Broombridge，它描述了二次量化的哈密顿算子，以及有效的量子模拟所需的元数据，如试验波函数ansatzes。这个模式是由NWChem为任意分子生成的，可以方便地访问，例如，通过Docker容器和最近开发的Web接口EMSL Arrows。我们说明了使用的图书馆与各种例子，包括地面和激发态计算LiH，H $_{10}$，和C $_{20}$与一个活跃的空间简化，并自动获得资源估计经典棘手的例子。
2019-04-01 cs.ET physics.chem-ph physics.comp-ph
Exploration of Quantum Computer Power Side-Channels
本研究首次证明功率侧信道攻击可针对量子计算机，通过分析控制脉冲逆向工程电路与算法，提出五种攻击并给出防御方法。
2023-05-09 cs.CR quant-ph
What Have Google's Random Quantum Circuit Simulation Experiments Demonstrated about Quantum Supremacy?
量子计算之所以引起人们的高度兴趣，是因为它承诺至少在某些类型的计算上比经典计算机快得多。Arute et al. 2019（非正式地，“谷歌量子团队”）报告了旨在证明“量子至上”的实验结果-声称某些量子计算机的性能在某些问题上优于经典计算机。这些结果是否结束了关于量子霸权的争论？我们认为他们不这样做。我们概述了谷歌量子团队的实验，然后确定了一些悬而未决的问题，以证明量子霸权。
2020-09-15 cs.ET quant-ph
Two-qubit gates in a trapped-ion quantum computer by engineering motional modes
一场旨在开发基于门的通用量子计算机的全球竞赛已经开始，该计算机有一天有望解锁前所未有的计算能力，而实现这一目标的最大挑战可以说是双量子位门的质量实现。在捕获离子量子计算机（领先的量子计算平台之一）中，双量子比特门通常通过调制照射两个目标离子的单独寻址光束来实现，这两个目标离子与其他离子一起形成线性链。所需的调制变得越来越复杂，特别是随着量子计算机变得更大，运行速度更快，控制硬件设计变得复杂。在这里，我们开发了一种简单的方法，基本上消除了脉冲调制的复杂性，在工程的正常模式的离子链的成本。我们证明，所需的模式工程是可能的三离子链，即使与捕获离子量子计算系统建立和优化一个完全不同的操作模式。这表明，如果制造的系统专门针对基于模式工程的双量子位门，则该系统将能够容易地实现这些门，而无需显著的额外努力。
2021-04-28 cs.ET quant-ph
