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Near-term quantum computing techniques: Variational quantum algorithms, error mitigation, circuit compilation, benchmarking and classical simulation 被引量:1
1
作者 He-Liang Huang Xiao-Yue Xu +5 位作者 Chu Guo Guojing Tian Shi-Jie Wei Xiaoming Sun Wan-Su Bao Gui-Lu Long 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期23-72,共50页
Quantum computing is a game-changing technology for global academia,research centers and industries including computational science,mathematics,finance,pharmaceutical,materials science,chemistry and cryptography.Altho... Quantum computing is a game-changing technology for global academia,research centers and industries including computational science,mathematics,finance,pharmaceutical,materials science,chemistry and cryptography.Although it has seen a major boost in the last decade,we are still a long way from reaching the maturity of a full-fledged quantum computer.That said,we will be in the noisy-intermediate scale quantum(NISQ)era for a long time,working on dozens or even thousands of qubits quantum computing systems.An outstanding challenge,then,is to come up with an application that can reliably carry out a nontrivial task of interest on the near-term quantum devices with non-negligible quantum noise.To address this challenge,several near-term quantum computing techniques,including variational quantum algorithms,error mitigation,quantum circuit compilation and benchmarking protocols,have been proposed to characterize and mitigate errors,and to implement algorithms with a certain resistance to noise,so as to enhance the capabilities of near-term quantum devices and explore the boundaries of their ability to realize useful applications.Besides,the development of near-term quantum devices is inseparable from the efficient classical sim-ulation,which plays a vital role in quantum algorithm design and verification,error-tolerant verification and other applications.This review will provide a thorough introduction of these near-term quantum computing techniques,report on their progress,and finally discuss the future prospect of these techniques,which we hope will motivate researchers to undertake additional studies in this field. 展开更多
关键词 quantum computing noisy-intermediate scale quantum variational quantum algorithms error mitigation circuit com-pilation benchmarking protocols classical simulation
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量子计算系统软件研究综述 被引量:1
2
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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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
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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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基于随机优化模型的量子线路映射辅助设计方法
4
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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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:2
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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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量子错误缓解研究进展
6
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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