Quantum entanglement in the NMR implementation of the Deutsch-Jozsa algorithm
在NMR量子计算机上实现了一个使用n个量子位执行n位Deutsch-Jozsa（D-J）算法的方案，最多可执行3个量子位。对于一位和两位Deutsch问题，量子位不会纠缠，因此NMR实现不使用自旋-自旋相互作用。对于三比特的情况，纠缠态的操纵变得至关重要。NMR自旋系统中通过标量J耦合的相互作用已被用来实现三位D-J算法所需的纠缠变换。
1999-09-22 quant-ph
All-optical reversible logic gate via adiabatic population transfer
Toffoli门是一个基本的逻辑元件，它允许实现一个可逆的处理器。它对经典逻辑和量子逻辑都有意义。我们提出并从理论上研究了应用绝热布居转移技术实现三位和四位Toffoli门的全光方案。对于三位Toffoli门，我们使用受激拉曼绝热通道（STIRAP）过程中的一个$Λ$型的水平计划，由两个激光脉冲在足够大的失谐驱动的变体。为了实现四比特Toffoli门，我们在五能级量子系统中应用可逆绝热布居转移，与三个激光脉冲相互作用。我们证明了正确的全光实现的真值表的三位和四位Toffoli门。此外，我们推导出绝热演化的人口动态和强大的操作的门的条件。
2013-06-10 quant-ph
An optical implementation of quantum bit commitment using infinite-dimensional systems
针对以往认为无条件安全量子比特承诺不可能实现的问题，本研究提出基于Mach-Zehnder干涉仪的量子光学方法近似无穷维系统，可实现安全QBC的原理验证实验与实用方案，还能支撑其他多方密码协议并揭示基础物理关联。
2023-07-22 quant-ph
Efficient bit encoding of neural networks for Fock states
我们提出了一个比特编码方案的玻色子福克数状态的限制玻尔兹曼机神经网络架构的高效和可扩展的表示。与常见的密度矩阵实现相比，神经网络的复杂度仅与比特编码神经元的数量而不是最大玻色子数成比例。至关重要的是，在高占领政权的信息压缩效率，甚至超过最大限度地优化的密度矩阵实现，其中投影仪的方法是用来访问稀疏的希尔伯特空间表示可用。
2021-05-27 quant-ph
The Bitter Truth About Quantum Algorithms in the NISQ Era
在NISQ设备上实现量子算法有几个挑战，这些挑战来自这样的设备有噪声并且具有有限的量子资源的事实。因此，必须了解影响算法实现的深度和宽度以及噪声的各种因素，以便评估实现是否将在给定的NISQ设备上成功执行。在这篇文章中，我们讨论了这些因素及其对算法实现的影响。特别是，我们将涵盖状态准备，预言机扩展，连通性，电路重写和读出：这些因素在提出算法时经常被忽略，但在近期量子计算机上实现这样的算法时，它们是至关重要的。我们的贡献将帮助开发人员负责实现这些机器上的算法（i）实现可执行的实现，以及（ii）评估其在给定机器上的实现是否成功。
2020-06-06 quant-ph
Optimal local implementation of non-local quantum gates
本文研究了在分布式量子计算机中实现非局域量子门所需的最小资源。经典的通信要求和纠缠消耗进行了研究。我们目前的最低资源需求和一些重要的门，包括CNOT和Toffoli门的最佳程序的一般声明。我们表明，在每个方向上的一个比特的经典通信是必要的和足够的非本地实现的量子CNOT，而在一般情况下，在每个方向上的两个比特是需要一个通用的两比特量子门的实施。特别是，状态交换器需要这个最大的经典通信开销。扩展这些想法，多方门。
2003-06-25 quant-ph
Quantum Zero-Knowledge Protocol Using Quantum Bit Commitment without Quantum Memory
零知识证明系统是一个重要的协议，可以作为构造其他更复杂密码协议的基本模块。已经提出了量子零知识协议，但是由于它们的实现需要先进的量子技术设备，所以零知识协议的实验实现还没有被报道。在这项工作中，我们提出了一个量子零知识协议的基础上的量子比特承诺协议，可以实现与今天的技术。因此，我们的量子零知识协议可以很容易地实现。
2008-01-04 quant-ph
Exploring Quantum Neural Networks for the Discovery and Implementation of Quantum Error-Correcting Codes
本文研究用量子神经网络发现和实现量子纠错码，通过改进结构避免贫瘠高原，成功实现比特翻转纠错和振幅阻尼恢复，并用于发现特定信道的新加密协议。
2023-04-13 quant-ph
Experimental Realization of Brüschweiler's exponentially fast search algorithm in a homo-nuclear system
与经典搜索算法相比，Grover量子算法[Phys. Rev. Lett.，79，325（1997）]实现了二次加速和Reichweiler混合量子算法[Phys. Rev. Lett.，85，4815（2000）]实现了指数加速。在本文中，我们报告了在一个3-qubit NMR系综系统中的实验实现。脉冲序列被用于算法和测量方法在这里使用的是改进的，使用的是由Reichweiler，即，而不是定量测量的自旋投影的辅助位，我们利用的辅助位谱的形状。通过简单地判断辅助比特谱中相应峰的向下或向上，可以读出标记状态的比特值，特别地，这种读出的几何性质可以使结果对错误更鲁棒。
2002-08-12 quant-ph
Implementation of Shor Algorithm: Factoring a 4096-Bit Integer Under Specific Constraints
针对量子计算实用化需求，研究聚焦Shor算法实现，通过提升模运算效率，在特定约束下完成4096位整数分解，相比SOTA方法效率显著提升且支持更长整数分解。
2025-05-16 cs.CR math.NT quant-ph
Synthesis of the Optimal 4-bit Reversible Circuits
可逆函数的最优综合是一个非平凡的问题。计算这种电路的主要限制因素之一是可逆函数的绝对数量。即使将合成限制为4位可逆函数，也会导致巨大的搜索空间（16！2^44个函数）。仅这样一个搜索的输出，仅计算列出每个函数的Toffoli门所需的空间，就需要超过100 TB的存储空间。在本文中，我们提出了一个算法，合成任何4位可逆规格的最佳电路。我们采用了几种技术，使问题易于处理。我们报告的结果，从几个实验，包括随机4位排列的合成，最佳合成的所有4位线性可逆电路，现有的基准函数的合成，和最佳电路的分布。我们的研究结果对量子线路的设计和优化、电路综合性能的测试以及量子信息处理领域的实验都具有重要意义。
2010-03-09 quant-ph
Is partial quantum search of a database any easier?
在本文中，我们考虑的部分数据库搜索问题，给定一个数据库的N个项目，我们需要确定的前k位的地址x，使f（x）=1。我们在量子线路模型中推导了这个问题的算法和下界。设q（k，N）为找到所需地址x的前k位所需的最小查询次数。证明了存在常数c_k和d_k使得（pi/4）（1 - d_k/sqrt{K}）sqrt{N} <= q（k，n）<=（pi/4）（1 - c_k/sqrt{K}）sqrt{N}，其中K=2^k.因此，确定目标地址的几位总是比找到整个地址更容易，但随着k变大，这一优势迅速减少。
2005-02-07 quant-ph
Implementation of a Quantum Search Algorithm on a Nuclear Magnetic Resonance Quantum Computer
我们展示了一个基于胞嘧啶的双量子比特NMR量子计算机上的量子搜索算法的实现。
1998-05-22 quant-ph
Virtual Parallel Computing and a Search Algorithm using Matrix Product States
我们提出了一种形式的并行计算的经典计算机是基于矩阵产品的状态。虚拟并行化是通过用矩阵表示比特并通过从编码多个输入的初始产品状态演化这些矩阵来实现的。矩阵演化是由门的顺序应用引起的，就像在逻辑电路中一样。经典的概率性一位和确定性两位门（如NAND）的动作是根据矩阵运算来实现的，与量子计算相反，它可以复制位。我们提出了一种方法来探索这种计算方法来解决搜索问题，并计算解决方案的数量。我们认为，如果经典的计算成本的测试解决方案（证人）需要小于$O(n^2)$本地2位门作用于$n$位，搜索问题可以完全解决在次指数时间。因此，对于这种受限类型的搜索问题，虚拟并行化方案比Grover的量子算法更快
2012-07-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Performance of Grover's search algorithm with diagonalizable collective noises
研究对角化集体噪声对 Grover 搜索算法的影响，发现部分噪声（如比特翻转和比特相位翻转）能提升算法性能，并确定其噪声阈值，为 NISQ 计算提供了新方向。
2023-05-17 quant-ph
A 5.4 Gbps real time quantum random number generator with compact implementation
我们提出了一种基于测量激光相位起伏的随机数产生方案，该方案具有简单紧凑的实验装置。建立了一个简单的模型来分析随机性，基于该模型的仿真结果与实验数据吻合较好。在现场可编程门阵列中集成模数采样和适当的随机性提取后，最终的随机位被传送到PC机，实现了5.4Gbps的实时量子随机数产生。最终的随机比特序列通过了所有NIST和DIEHARD测试。
2016-09-09 quant-ph
Statistical comparison of ensemble implementations of Grover's search algorithm to classical sequential searches
我们比较伪纯状态集成实现，量化的初始极化和合奏大小，格罗弗的搜索算法的概率经典顺序搜索算法的成功和失败概率。我们提出了一个标准，用于量化的集成实现所使用的资源，通过在整个集成的Oracle调用的总数，并使用此作为与经典的搜索算法进行比较的基础。我们确定一个临界极化的界限，使合奏算法成功的概率比概率经典的顺序搜索。我们的结果表明，临界极化标度为N^（-1/4），其中N是数据库大小，对于典型的室温溶液态NMR，极化使得Grover算法的系综实现在N > 10 ^（22）时是有利的
2007-08-06 quant-ph
Experimental implementation of an adiabatic quantum optimization algorithm
我们报告实现了一个核磁共振计算机与三个量子比特，模拟绝热量子优化算法。绝热量子算法为如何利用量子资源解决难题提供了新的见解。这个实验使用了一个特别适合的三量子比特分子，并通过引入一种技术，将给定优化问题的一般实例编码为一个易于应用的哈密顿量。我们的研究结果表明，绝热算法的最佳运行时间，以及同意一个简单的退相干模型的预测。
2003-02-14 quant-ph
Single-step implementation of high fidelity $n$-bit Toffoli gate
$n$ -位Toffoli门的家族，以两位Toffoli门作为名义头，在量子信息中引起极大的兴趣，因为它们可以用作通用门和量子纠错等。我们提出了一个单步实现的任意$n$ -位Toffoli门（直到一个本地的基础变化），基于共振驱动一个单一的量子位，具有较强的伊辛耦合到$n$其他量子位。两个量子比特的情况下的设置结果与通用巴伦科门相同。理论上，门时间和误差与控制量子比特的数量无关，比传统的电路分解更好地缩放。我们注意到，我们的假设，即强耦合$n+1$量子位和与$n$成比例的驱动频率，可能会在大型系统中崩溃。尽管如此，我们的协议可以提高中等规模的量子计算机的能力，我们讨论了实施我们的协议对被困离子，里德伯原子和超导电路的前景。后一个平台的模拟表明，具有两个控制位的Toffoli门即使在存在退相干的情况下也能达到0.98以上的精度。我们还展示了如何类似的想法可以用来使一系列的控制- \textsc{not} -门在一个单一的步骤。我们展示了如何这些可以加快量子纠错码的实现，我们模拟的编码步骤的三个量子位的位翻转码和七个量子位的Steane码。
2020-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Qubit Optimized Quantum Implementation of SLIM
Boston University（波士顿大学）；Ankara University（安卡拉大学）；Middle East Technical University（中东理工大学）
本文提出一种基于Feistel结构的SLIM轻量块密码量子实现，利用少量量子比特实现高效安全的加密，适用于32位明文和80位密钥。
2024-12-14 cs.CR quant-ph
Efficient ancilla-free reversible and quantum circuits for the Hidden Weighted Bit function
隐权位函数在经典计算模型的研究中起着重要的作用。一个共同的信念是，这个功能是指数难以实现可逆的辅助电路，即使引入少量的辅助电路允许一个非常有效的实现。在本文中，我们反驳了指数硬度猜想，通过开发一个多项式大小的可逆无辅助电路计算隐藏的加权位函数。我们的电路大小为$O(n^{6.42})$，其中$n$是输入位数。我们还表明，隐藏的加权位函数可以计算的量子辅助电路的大小$O(n^2)$。所采用的技术工具来自理论计算机科学（巴林顿定理）和物理学（费米哈密顿的模拟）技术的结合。
2020-07-10 cs.CC cs.ET quant-ph
Transport Implementation of the Bernstein-Vazirani Algorithm with Ion Qubits
使用捕获的离子量子比特在一个可扩展的微制造表面陷阱，我们执行伯恩斯坦-Vazirani算法。我们的架构依赖于离子传输，可以很容易地扩展到更大的系统。该算法证明使用两个和三个离子链。对于三个离子，与使用相同数量的Oracle查询的经典系统相比，实现了改进。对于两个离子和一个查询，我们以97.6（8）%的概率正确地确定未知比特串。对于三个离子，我们成功的概率为80.9（3）%。
2016-03-17 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Multi-Solution Bernoulli Search with Applications to Bitcoin's Post-Quantum Security
工作量证明（PoW）是一种重要的加密构造，使一方能够说服其他人他们在解决计算任务时投入了一些努力。可以说，它的主要影响是比特币及其底层区块链协议等加密货币的设置，近年来由于其在各种应用中的潜力以及解决新型威胁模型中的基本分布式计算问题而受到了极大的关注。PoW使区块链数据结构中的块能够链接，因此感兴趣的问题是获得这种证明序列（链）的可行性。在这项工作中，我们研究了找到这样的链PoW对量子策略的难度。我们证明了PoWs链问题归结为一个我们称之为多解Bernoulli搜索的问题，为此我们建立了它的量子查询复杂度。实际上，这是阈值直积定理到平均情况下的非结构化搜索问题的扩展。我们的证明，增加了积极的最近的努力，简化和推广的记录技术的Zhandry（密码'19）。作为一个应用程序，我们重新审视了比特币共识协议的核心，比特币骨干（Eurocrypt'15），对量子对手的安全性的正式处理，而诚实的当事人是经典的，并表明协议的安全性在经典的“诚实多数”假设的量子模拟下成立。我们的分析表明，比特币骨干网的安全性是有保证的，提供的对抗量子查询的数量是有界的，使每个量子查询是值得$O(p^{-1/2})$经典的，其中$p$是一个单一的经典查询的成功概率协议的底层哈希函数。令人惊讶的是，量子对手的安全结算等待时间与经典情况下的安全结算时间相匹配。
2023-03-06 cs.CR quant-ph
Quadratic improvement on accuracy of approximating pure quantum states and unitary gates by probabilistic implementation
纯量子态通常被近似地编码为经典比特串，诸如表示概率幅度的比特串和描述生成量子态的电路的比特串。关键的量是经典位串的最小长度，从该长度可以近似重建原始纯态。我们推导出渐近紧的概率编码所需的最小位长的界限，其中一个可以近似重建原始的纯态作为一个合奏的量子态编码在经典字符串。我们还表明，这样的概率编码渐近一半的位长度所需的“确定性”的。这是基于这样一个事实，即通过使用一个给定的子集的纯态近似纯态的精度可以增加平方，如果我们使用的子集中的纯态的合奏。此外，我们表明，一个类似的事实，当我们考虑使用一个给定的子集的酉门的酉门近似。与以前的结果相比，这提高了通过使用概率电路合成的电路大小的减少率。这也表明，即使对于低精度电路综合，也可以减少，这可能会提高各种NISQ算法的精度。
2022-02-03 math-ph math.MP quant-ph
