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Quantum simulation and quantum computation of noisy-intermediate scale
1
作者 Kai Xu Heng Fan 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第10期1-7,共7页
In the past years, great progresses have been made on quantum computation and quantum simulation. Increasing the number of qubits in the quantum processors is expected to be one of the main motivations in the next yea... In the past years, great progresses have been made on quantum computation and quantum simulation. Increasing the number of qubits in the quantum processors is expected to be one of the main motivations in the next years, while noises in manipulation of quantum states may still be inevitable even the precision will improve. For research in this direction, it is necessary to review the available results about noisy multiqubit quantum computation and quantum simulation. The review focuses on multiqubit state generations, quantum computational advantage, and simulating physics of quantum many-body systems. Perspectives of near term noisy intermediate-quantum processors will be discussed. 展开更多
关键词 quantum computation quantum simulation many-body physics quantum supremacy noisy intermediate-scale quantum technologies
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Exact quantum algorithm for unit commitment optimization based on partially connected quantum neural networks
2
作者 Jian Liu Xu Zhou +1 位作者 Zhuojun Zhou Le Luo 《Chinese Physics B》 2025年第10期303-312,共10页
The quantum hybrid algorithm has recently become a very promising and speedy method for solving larger-scale optimization problems in the noisy intermediate-scale quantum(NISQ)era.The unit commitment(UC)problem is a f... The quantum hybrid algorithm has recently become a very promising and speedy method for solving larger-scale optimization problems in the noisy intermediate-scale quantum(NISQ)era.The unit commitment(UC)problem is a fundamental problem in the field of power systems that aims to satisfy the power balance constraint with minimal cost.In this paper,we focus on the implementation of the UC solution using exact quantum algorithms based on the quantum neural network(QNN).This method is tested with a ten-unit system under the power balance constraint.In order to improve computing precision and reduce network complexity,we propose a knowledge-based partially connected quantum neural network(PCQNN).The results show that exact solutions can be obtained by the improved algorithm and that the depth of the quantum circuit can be reduced simultaneously. 展开更多
关键词 quantum computing quantum algorithm unit commitment quantum neural network noisy intermediate-scale quantum era
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An overview of quantum error mitigation formulas 被引量:2
3
作者 Dayue Qin Xiaosi Xu Ying Li 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第9期1-12,共12页
Minimizing the effect of noise is essential for quantum computers.The conventional method to protect qubits against noise is through quantum error correction.However,for current quantum hardware in the so-called noisy... Minimizing the effect of noise is essential for quantum computers.The conventional method to protect qubits against noise is through quantum error correction.However,for current quantum hardware in the so-called noisy intermediate-scale quantum(NISQ)era,noise presents in these systems and is too high for error correction to be beneficial.Quantum error mitigation is a set of alternative methods for minimizing errors,including error extrapolation,probabilistic error cancella-tion,measurement error mitigation,subspace expansion,symmetry verification,virtual distillation,etc.The requirement for these methods is usually less demanding than error correction.Quantum error mitigation is a promising way of reduc-ing errors on NISQ quantum computers.This paper gives a comprehensive introduction to quantum error mitigation.The state-of-art error mitigation methods are covered and formulated in a general form,which provides a basis for comparing,combining and optimizing different methods in future work. 展开更多
关键词 quantum error mitigation quantum computing quantum error correction noisy intermediate-scale quantum
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面向含噪中规模量子处理器的量子机器学习 被引量:2
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作者 石金晶 肖子萌 +2 位作者 王雯萱 张师超 李学龙 《计算机学报》 北大核心 2025年第3期602-631,共30页
量子计算与人工智能结合,在增强模型表达能力、加速和优化机器学习等方面可能产生颠覆性影响,有望突破人工智能领域所面临的可解释性差、最优解难等问题,量子人工智能已成为国内外重点关注的学科前沿。量子机器学习是量子人工智能领域... 量子计算与人工智能结合,在增强模型表达能力、加速和优化机器学习等方面可能产生颠覆性影响,有望突破人工智能领域所面临的可解释性差、最优解难等问题,量子人工智能已成为国内外重点关注的学科前沿。量子机器学习是量子人工智能领域的重要研究内容,它将量子计算基础理论与机器学习原理相结合,以实现具有量子加速的机器学习任务。随着量子计算软硬件的快速发展,含噪中规模量子(NISQ)处理器的学习优势被证明,国内外学者相继提出一系列量子机器学习方法,以挖掘量子计算助力人工智能技术发展的创新应用。然而,当前的量子机器学习仍局限于对算法的优化,缺乏系统层面的理论架构,仍有许多科学问题亟待解决。本文首先从量子机器学习系统表征角度出发,建立量子机器学习系统的层次模型,概括和总结了面向各类任务的量子机器学习方案,分析了量子机器学习在提高经典算法速度等方面可能体现的“量子优势”。接着根据量子机器学习系统的层次结构,从原理层、计算层、应用层这三个方面对现有量子机器学习方法进行了总结与梳理,系统性地分析和讨论了其中的关键问题与解决方案。最后,结合当前阶段量子人工智能的发展特点,重点分析了量子机器学习领域面临的科学问题与挑战,并对未来该领域的发展趋势进行了深入分析与展望。 展开更多
关键词 量子计算 量子人工智能 量子机器学习 量子算法 含噪中规模量子处理器
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分布式量子线路映射技术研究进展
5
作者 朱鹏程 卫丽华 +3 位作者 陈新宇 冯世光 程学云 管致锦 《电子科技大学学报》 北大核心 2025年第4期566-581,共16页
分布式量子计算为突破中等规模带噪声量子计算设备所面临的量子比特数扩展瓶颈提供了有效途径。分布式量子线路映射技术是使用分布式量子计算架构高效执行量子线路的关键,其引入的通信代价对量子计算成功率有着重要影响。随着各类分布... 分布式量子计算为突破中等规模带噪声量子计算设备所面临的量子比特数扩展瓶颈提供了有效途径。分布式量子线路映射技术是使用分布式量子计算架构高效执行量子线路的关键,其引入的通信代价对量子计算成功率有着重要影响。随着各类分布式量子计算架构的兴起,分布式量子线路映射的相关研究引发了广泛关注。该文通过对现有研究工作的分析总结,梳理分布式量子线路映射技术的发展脉络及研究现状,并对未来研究方向进行展望。 展开更多
关键词 分布式量子计算 量子线路映射 中等规模带噪声量子计算 量子隐形传态
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量子计算、量子优势与有噪中程量子时代 被引量:1
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作者 施郁 《自然杂志》 2020年第4期295-300,共6页
文章用通俗而准确的语言,简要介绍了有关量子计算的相关概念,包括量子比特、量子态、基矢态或基本量子态、量子测量、概率幅、幺正变换、量子态不可复制、量子计算、量子门、量子算法、退相干或量子噪声、量子纠错、有噪中程量子技术、... 文章用通俗而准确的语言,简要介绍了有关量子计算的相关概念,包括量子比特、量子态、基矢态或基本量子态、量子测量、概率幅、幺正变换、量子态不可复制、量子计算、量子门、量子算法、退相干或量子噪声、量子纠错、有噪中程量子技术、量子优势等,并对有噪中程量子时代和量子优势研究的前景进行了展望。 展开更多
关键词 量子计算 量子优势 有噪中程量子时代
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一种面向含噪中尺度量子技术的量子-经典异构计算系统 被引量:4
7
作者 付祥 郑宇真 +3 位作者 苏醒 于锦涛 徐炜遐 吴俊杰 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期1875-1896,共22页
量子计算有望加速解决经典计算难以解决的问题,如质因子分解、量子化学模拟等.已有单个量子系统可集成大于50个含噪声的固态量子比特,并在特定的计算任务上超越了经典计算机,标志含噪中尺度量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ... 量子计算有望加速解决经典计算难以解决的问题,如质因子分解、量子化学模拟等.已有单个量子系统可集成大于50个含噪声的固态量子比特,并在特定的计算任务上超越了经典计算机,标志含噪中尺度量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ)计算时代的到来.随着人们可在单个系统中集成越来越多的量子比特,如何将量子比特与控制硬件、软件开发环境、经典计算资源集成得到完整可用的量子计算系统,是一个有待进一步明确的问题.对比了量子计算与经典计算在控制及执行上的异同,并在此基础上提出了面向NISQ时代的量子-经典异构系统.以一个典型的NISQ算法(迭代相位估计算法)为例,介绍了量子算法从软件描述到硬件执行的整体流程,及与该过程相关的高级程序设计语言、编译器、量子软硬件接口和硬件等.在此基础上,讨论了流程中各个层次在NISQ时代面临的挑战.旨在从工程实现的视角,从宏观层面为读者(尤其是量子计算初学者)介绍量子计算系统,希望可以促进人们对NISQ时代下量子计算系统整体结构的理解,并激发更多相关研究. 展开更多
关键词 量子计算 量子程序设计语言 量子编译 量子计算体系结构 含噪中尺度量子
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基于随机优化模型的量子线路映射辅助设计方法 被引量:1
8
作者 卫丽华 朱鹏程 管致锦 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期952-962,共11页
物理量子位之间的受限连通性是含噪中型量子计算设备面临的重要约束之一。量子线路映射方法通过插入量子交换(SWAP)门对量子线路进行变换,使得其中的每一个量子位交互操作均满足物理设备施加的受限连通约束。在噪声环境下,减少插入的SWA... 物理量子位之间的受限连通性是含噪中型量子计算设备面临的重要约束之一。量子线路映射方法通过插入量子交换(SWAP)门对量子线路进行变换,使得其中的每一个量子位交互操作均满足物理设备施加的受限连通约束。在噪声环境下,减少插入的SWAP门数对于提升量子计算成功率有重要意义。以最小化SWAP门数为目标,结合随机搜索技术,提出了一种基于多迭代随机寻优模型的启发式量子线路映射优化方法。实验结果表明,该方法可以通过迭代大幅减少量子线路映射过程所需插入的量子门数,并有效降低结果物理线路对初始映射的依赖程度。 展开更多
关键词 量子计算 量子线路映射 含噪中型量子计算 受限连通性 随机优化
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量子计算系统软件研究综述 被引量:3
9
作者 谢磊 翟季冬 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期1-18,共18页
量子计算理论上有望解决诸多经典难解问题,近年来量子计算机的快速发展正推动这一理论进入实践.然而,当前硬件中繁多的错误会造成计算结果出错,严重限制了量子计算机解决实际问题的能力.量子计算系统软件位于应用与硬件之间,充分挖掘系... 量子计算理论上有望解决诸多经典难解问题,近年来量子计算机的快速发展正推动这一理论进入实践.然而,当前硬件中繁多的错误会造成计算结果出错,严重限制了量子计算机解决实际问题的能力.量子计算系统软件位于应用与硬件之间,充分挖掘系统软件在硬件错误减缓方面的潜力,对于近期实现有实用价值的量子计算而言至关重要.由此,近期涌现了一批量子计算系统软件研究工作.将这些工作归纳入编译器、运行时系统和调试器3个范畴,通过对它们的分析总结,梳理量子计算系统软件的研究现状,揭示其在硬件错误减缓方面的重要作用.并对未来的研究方向进行展望. 展开更多
关键词 量子计算 系统软件 嘈杂中规模量子 编译 运行时 调试
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量子错误缓解研究进展
10
作者 张宇鹍 袁骁 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期1843-1855,共13页
由于与环境的相互作用及对量子设备的控制中存在的偏差,量子设备总是在不断产生错误.若不对这些错误加以处理,错误的积累会使得量子算法的实施变得毫无意义.成熟量子计算机的实现依赖于量子纠错技术以纠正量子设备中的错误.然而,由于量... 由于与环境的相互作用及对量子设备的控制中存在的偏差,量子设备总是在不断产生错误.若不对这些错误加以处理,错误的积累会使得量子算法的实施变得毫无意义.成熟量子计算机的实现依赖于量子纠错技术以纠正量子设备中的错误.然而,由于量子纠错开销巨大,其难以在近期量子设备中实现.故在有噪声中等尺寸量子时代,以变分量子求解器为代表的量子算法选择量子错误缓解技术来压制错误,而非纠正它们.量子错误缓解允许仅通过中等大小的额外资源获得可以接受的计算精读,并已在理论及实验上展示出其可行性.旨在介绍与总结量子错误缓解领域的最新进展,并展望该技术未来发展的前景与方向. 展开更多
关键词 量子计算 近期量子设备 量子错误缓解 量子算法 有噪声的中等尺寸量子时代
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Noise-resistant quantum state compression readout
11
作者 Chen Ding Xiao-Yue Xu +3 位作者 Yun-Fei Niu Shuo Zhang Wan-Su Bao He-Liang Huang 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期58-65,共8页
Qubit measurement is generally the most error-prone operation that degrades the performance of near-term quantum devices,and the exponential decay of readout fidelity severely impedes the development of large-scale qu... Qubit measurement is generally the most error-prone operation that degrades the performance of near-term quantum devices,and the exponential decay of readout fidelity severely impedes the development of large-scale quantum information processing.Given these disadvantages, we present a quantum state readout method, named compression readout, that naturally avoids large multi-qubit measurement errors by compressing the quantum state into a single qubit for measurement. Our method generally outperforms direct measurements in terms of accuracy, and the advantage grows with the system size. Moreover, because only one-qubit measurements are performed, our method requires solely a fine readout calibration on one qubit and is free of correlated measurement error, which drastically diminishes the demand for device calibration. These advantages suggest that our method can immediately boost the readout performance of near-term quantum devices and will greatly benefit the development of large-scale quantum computing. 展开更多
关键词 quantum compression readout qubit measurement error mitigation quantum computing noisy intermediate-scale quantum
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通用量子计算机和容错量子计算——概念、现状和展望 被引量:4
12
作者 李颖 孙昌璞 《物理》 CAS 北大核心 2019年第8期477-487,共11页
量子计算技术近年来快速发展并受到广泛关注。文章将介绍一些量子计算的基本概念、现状以及远期和近期的主要挑战,使读者可以更准确地理解一些新近的进展,避免误解。通用量子计算机的主要应用之一是破解RSA密码。没有量子纠错,我们很难... 量子计算技术近年来快速发展并受到广泛关注。文章将介绍一些量子计算的基本概念、现状以及远期和近期的主要挑战,使读者可以更准确地理解一些新近的进展,避免误解。通用量子计算机的主要应用之一是破解RSA密码。没有量子纠错,我们很难实现密码破解规模的量子计算。因此,量子计算技术的一大挑战是如何实现有量子纠错保护的量子计算,也就是容错量子计算。通过介绍现有的实验技术,将发现目前已经可以在实验中实现错误率低于容错阈值的量子门,但容错量子计算离实际应用还有距离。主要的困难在于,量子容错需要数量巨大的低错误率的量子比特,超出了现有技术能达到的水平,需要进一步的发展。有噪声中等规模量子计算有可能在近期内成为现实,目前仍有一些理论和技术方面的瓶颈问题需要深入研究。在看到量子计算技术巨大潜在价值和长足进步的同时,有必要了解有哪些亟需解决的问题,直面关键、攻坚克难。 展开更多
关键词 通用量子计算机 容错量子计算 有噪声中等规模量子计算
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