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模拟量子模拟器的认证 - WRAP：华威大学
量子模拟正迅速成为量子技术的主要应用（1）。模拟模拟是一种关键方法，即在严格控制的环境中设计多体量子系统，并简单地允许其动态发生。随着这些系统规模的扩大和性能的提高，它们的计算能力开始超越现有的经典计算机（2-4）。尽管有所改进，但它们仍然受到错误的影响。因此，人们普遍认为，在模拟量子模拟器能够解决实际或基本重要问题之前，必须开发出定量保证容易出错的模拟量子模拟器输出正确性的方法（5）。模拟量子模拟器的验证通常依赖于包含错误和缺陷的可处理理论模型（1）。另一种方法是将动态正向和反向运行相同的时间，使系统返回到其初始状态——如果没有错误的话。这种方法通常被称为 Loschmidt 回声，它可以检测到一些错误和缺陷，但不能提供输出正确性的定量保证。已经开发出更复杂的变体，使模拟器从某个已知的初始状态通过状态空间中的闭环演化，最终返回到其初始状态 (6)。这些提供了模拟器如何忠实地实现目标汉密尔顿量的某种衡量标准。汉密尔顿学习 (7、8) 也服务于类似的目标，它正在为模拟模拟器开发。通过实验将目标汉密尔顿量应用于其近似稳定状态并估计一系列结果状态的预期值，汉密尔顿学习提供了实际应用的汉密尔顿量系数的估计值。虽然它将状态准备和测量中的错误错误地归因于汉密尔顿量中的错误，但它确实为实验实现的实际汉密尔顿量提供了一些信心。还为模拟量子模拟器开发了随机基准测试等方法来量化其组件的性能 (9)。然而，这些方法都无法对模拟器输出的正确性提供定量保证。最近还提出了一种用于估计量子模拟保真度的基准测试协议，但该协议需要指数级的经典资源，因此不可扩展（10）。在本文中，我们提出了一种可扩展且实用的认证协议，该协议为模拟量子模拟器输出的正确性提供了上限。由于所有量子模拟器的输出都是经典概率分布，因此我们的协议对错误和无错误的模拟量子模拟器生成的概率分布之间的变化距离设置了上限。我们将这项任务称为量子认证。实验上，我们的量子认证协议可以在现有的模拟模拟器上实现，特别是那些使用里德堡原子的模拟器。这些系统可以根据 XY 相互作用 (11) 以及交错单量子比特门 (12) 实现模拟汉密尔顿演化。因此，我们的工作可以解释为通过利用可编程性的进步来解决验证模拟量子模拟器输出的未决问题 (1，第 V 节)。
使用固定频率 Transmon 量子比特进行模拟量子模拟
我们通过实验评估了具有固定频率和固定相互作用的 transmon 量子比特对于实现自旋系统模拟量子模拟的适用性。我们使用全量子过程断层扫描和更高效的哈密顿量断层扫描在商用量子处理器上测试了实现此目标的一组必要标准。低振幅下的显著单量子比特误差被确定为阻碍在当前可用设备上实现模拟模拟的限制因素。此外，在没有驱动脉冲的情况下，我们还发现了伪动态，我们将其与量子比特和低维环境之间的相干耦合联系起来。通过适度的改进，对丰富的时间相关多体自旋哈密顿量家族进行模拟模拟可能是可能的。
利用 IBM Qiskit 模拟量子电路的路线图
Omar Alheyasat AlBalqa 应用大学摘要：本文介绍了在量子模拟器以及基于云的真实 IBM 量子计算机中运行基于 Qiskit 库的量子电路程序的路线图。Qiskit 是一个基于量子编程中使用的 Python 编程语言的免费开源软件开发平台。Qiskit 充当了量子计算的理论基础与编程和实验的实际方面之间的纽带。它还允许用户试验和开发量子算法，以及在模拟器和现实世界的基于云的量子设备上模拟和执行它们。它还简化了量子编程过程，并允许各种各样的人参与令人兴奋的量子计算世界。另一方面，本文为使用线性代数原理分析量子电路和算法提供了数学基础，因为它们提供了描述和操纵量子态和操作所需的工具。此外，本文还展示了使用真实 Qiskit 代码的量子电路设计和实现。关键词：Qiskit、量子电路、量子算法、纠缠、IBM 简介 量子计算是一种使用量子力学原理处理信息的计算机。量子计算机在解决特定类型的问题（例如破解加密、模拟物理系统和发现新型药物）方面比传统计算机快得多（Gill 等人，2023 年）。在经典计算中，信息使用可以表示为 0 或 1 的位来处理。另一方面，量子计算采用量子位或量子比特，它们可以存在于叠加状态，同时表示 0 和 1（Preskill，2021；Hidary & Hidary，2019）。量子计算中的一些关键思想（Nielsen & Chuang，2010；Gyongyosi & Imre，2019）：
用于模拟量子多态性的张量网络方法...
3.2 使用不同优化方法计算 QAOA 假设状态的张量网络线图。“默认”和“对角线”分别显示使用全矩阵门和对角线门方法的图 3.1 所示电路的张量网络线图。“ZZ 门 + 对角线”是通过在应用公式 3.4 获得的简化量子电路上使用对角线门方法获得的。该图演示了如何通过改进量子算法到张量网络的转换来降低网络的复杂性，从而为寻找收缩阶和收缩本身提供加速。....................................................................................................................................................................................................................................................................36
MASK-air® 中日常监测视觉模拟量表的有效性、可靠性和响应性
注意：虽然在填写每日监测问卷时无法跳过问题，但 MASK‐air® 每日监测问卷随着时间的推移不断发展，有些问题添加得晚于其他问题，因此每次每日监测 VAS 的观察次数/天数并不总是相同的。另一方面，VAS 工作只能在用户报告工作的日子填写。
开发一种教育工具，以模拟量子密钥分配系统
量子密钥分布（QKD）是使用量子系统在两个方之间安全地传达共享加密密钥的想法。与经典的加密方法相反，QKD利用基本量子属性（例如叠加和纠缠）来以保证安全性来编码信息。大多数QKD系统基于在光纤中发送光子，其中光子的极性是用于编码信息的量子属性。用来这样做的不同算法称为QKD协议。本论文旨在使用四个常见的QKD协议来构建一个教育工具，以模拟简单的QKD系统，在此过程中，用户可以在其中改变系统参数并研究其对结果的影响。此外，目的是能够产生足够准确的模拟结果，以提供对真实实验设置的执行方式的第一个近似值。该程序是使用Qiskit库在Python构建的，所有所需的功能均在图形接口中实现。对于实施的协议之一（BB84），将仿真结果与三个QKD实验的实验数据进行了比较，这表明该程序能够产生实际实验设置的有用的首先近似。通过允许模拟更复杂的系统，可以进一步改进程序。
可区分的模拟量子计算用于优化和控制
量子计算已承诺在我们解决经典问题的计算能力方面有前所未有的改进。尽管量子硬件的迅速开发[2，66]，但近任期量子计算机仍可能具有非常有限的硬件资源，在这种情况下，“ Qubits”数量有限，而不可忽略的机器Noises会阻碍大型量子量算法的实施。最近的研究结果[60]和Physics [43]提出了一种设计资源噪声噪声中间尺度量子（NISQ）[51]应用的有希望的方法[51]通过破坏量子电路抽象并直接设计量子机脉冲控制的应用程序。1在经典模拟计算的历史史上，这种面向模拟方法的好处是由于轻松的硬件要求而早于数字计算的历史，并且在诸如模拟之类的域应用中起着重要作用。
MASK‐air® 中每日监测视觉模拟量表的有效性、可靠性和响应性
注意：虽然在填写每日监测问卷时无法跳过问题，但 MASK‐air® 每日监测问卷随着时间的推移不断发展，有些问题添加得晚于其他问题，因此每次每日监测 VAS 的观察次数/天数并不总是相同的。另一方面，VAS 工作只能在用户报告工作的日子填写。
高效学习、测试和模拟量子...
本论文主要研究量子信息和量子计算，以及它们在研究量子多体系统中的应用。过去几十年来，计算机科学和量子物理学之间的显著相互作用表明，对相互作用的量子系统的精确控制和操纵使我们能够处理信息并执行超出传统数字计算机能力范围的计算。这种新颖的信息处理形式还产生了一种概念上全新的工具包，用于解决量子多体系统物理学的基本问题。本论文通过计算复杂性和信息论的视角研究了相互作用量子系统的新特征。我们将看到如何利用这些新特征反过来让我们开发出有效的经典和量子算法来学习、测试和模拟量子多体系统。以下是本论文的主要结果：
feynmanpaqs：用于光子模拟量子计算的图形接口程序
摘要。我们提出了一个具有图形用户界面（GUI）的光子模拟量子计算的用户友好型软件，该软件允许方便地操作而无需程序化技能。可以通过导入波导位置文件或在GUI的交互式板上手动绘制配置来灵活地设置汉密尔顿人。我们的软件为二维量子步行，量子随机步行，多颗粒量子步行和玻色子采样提供了一种强大的理论研究方法，这可能都可以在光子芯片上的物理实验系统中实现，并且它将激发光子量子量子计算和量子计算的丰富多样性。我们已经改进了算法以确保永久计算的效率，并提供了有关教育用途的案例研究，这使用户更容易访问光子量子模拟的研究。©2022光学仪器工程师协会（SPIE）[doi：10.1117/1.oe.61.8.081804]