2.2.1 希尔伯特空间 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................. ...
基于参数化量子电路的量子机器学习算法是近期量子优势的有希望的候选者。虽然这些算法与当前一代量子处理器兼容,但设备噪声限制了它们的性能,例如通过诱导损失景观的指数平坦化。诸如动态解耦和泡利旋转之类的错误抑制方案通过降低硬件级别的噪声来缓解这个问题。这个技术工具箱最近增加了脉冲高效转译,它通过利用硬件原生的交叉共振相互作用来减少电路调度时间。在这项工作中,我们研究了脉冲高效电路对量子机器学习近期算法的影响。我们报告了两个标准实验的结果:使用量子神经网络对合成数据集进行二元分类,以及使用量子核估计进行手写数字识别。在这两种情况下,我们发现脉冲高效转译大大减少了平均电路持续时间,从而显著提高了分类准确率。最后,我们将脉冲高效转译应用于汉密尔顿变分假设,并表明它延迟了噪声引起的荒芜高原的出现。
在 QPU(ibmq_casablanca)上执行的计算,其中模型的三个转译测量电路均包含约 350 个 CNOT 门,与未使用量子比特交换的情况相比,数量增加了两倍
本研究旨在发现学术机构网站上新兴的翻译策略和最常用的翻译策略类型。在查找数据时,研究人员采用描述性定性方法,将安德鲁·切斯特曼 (Andrew Chesterman) 提出的翻译策略理论以句法、语义和语用策略的形式应用于学术机构的网站,例如哈桑努丁大学网站。网站上有 11 种新兴翻译策略;4 种句法策略(直译、借词/仿译、换位和短语结构变化)、4 种语义策略(同义词、下位词、分布变化和短语)和 3 种语用策略(明确性变化、信息变化和转译)。结果表明:翻译策略使用频率最高的是句法策略(直译60%或44条数据、借词/仿译23%或17条数据、换位8%或6条数据、短语结构变化8%或6条数据);其次是语义策略(同义词7%或1条数据、上下义词7%或1条数据、分布变化64%或9条数据、短语21%或3条数据);最后是语用策略(显性变化8%或1条数据、信息变化85%或11条数据、转译8%或1条数据)。
量子算法为传统方法解决起来成本高昂的计算问题提供了有效的解决方案。现在,可以使用公共量子计算机(例如 IBM 提供的量子计算机)来运行执行量子算法的小型量子电路。但是,这些量子计算机极易受到噪声的影响。在这里,我们介绍了量子电路噪声和连通性的重要概念,必须解决这些概念才能在量子计算机上获得可靠的结果。我们利用几个例子来展示噪声如何随电路深度而变化。我们介绍了 Simon 算法(一种用于解决同名计算问题的量子算法),解释了如何在 IBM 的 Qiskit 平台上实现它,并比较了在无噪声模拟器和受噪声影响的物理硬件上运行它的结果。我们讨论了 Qiskit 的转译器的影响,该转译器将理想的量子电路适配到量子比特之间连通性有限的物理硬件上。我们表明,即使是只有几个量子比特的电路,其成功率也会因量子噪声而显著降低,除非采取特定措施将其影响降至最低。 # 2021 由美国物理教师协会独家授权出版。https://doi.org/10.1119/10.0006204
这是一本从传统程序员的角度介绍量子计算的书,适合学生和从业者阅读。书中使用从头开始用 Python 和 C++ 开发的开源代码库,解释了 25 多种基本算法,并给出了完整的数学推导和经典的模拟代码。在介绍量子计算的基础知识之后,作者重点介绍了算法和有效模拟算法的基础设施,从量子隐形传态、超密集编码、Bernstein-Vazirani 算法和 Deutsc-Jozsa 算法开始。高级算法包括量子霸权实验、量子傅里叶变换、相位估计、Shor 算法、具有量子计数和振幅放大的 Grover 算法、量子随机游动以及用于门近似的 Solovay-Kitaev 算法。本书通过变分量子特征求解器、量子近似优化以及 NP 完全最大割和子集和算法探索了量子模拟。本书还讨论了程序员生产力、量子噪声、错误校正以及量子编程语言、编译器和工具面临的挑战等问题,最后一节介绍了编译器的转译技术。
摘要 — 在当今嘈杂的中尺度量子 (NISQ) 设备上运行量子程序充满挑战。许多挑战源于测量过程中的快速退相干和噪声、量子比特连接、串扰、量子比特本身以及通过门进行的量子比特状态转换产生的误差特性。量子比特不仅不是“生来平等的”,而且它们的噪声水平也会随时间而变化。据说 IBM 每天校准一次量子系统,并在校准时报告噪声水平(误差)。随后,此信息用于将电路映射到更高质量的量子比特和连接,直到下一个校准点。这项工作提供了证据,表明这个每日校准周期还有改进的空间。它提供了一种在执行一个或多个敏感电路之前立即测量与量子比特相关的噪声水平(误差)的技术,并表明即时噪声测量可以有益于后期的物理量子比特映射。通过这种即时重新校准的转译,结果的保真度比 IBM 的默认映射(仅使用其每日校准)有所提高。该框架评估了两个主要的噪声源,即读出误差(测量误差)和双量子比特门/连接误差。实验表明,使用基于应用程序执行前误差测量的即时电路映射,电路结果的准确性平均提高了 3-304%,最高可提高 400%。索引术语 — 量子计算、错误、动态编译
量子计算旨在利用量子现象来高效地执行即使对于最强大的传统超级计算机来说也不可行的计算。在众多有前途的技术方法中,光子量子计算具有低退相干、信息处理对低温要求适中以及与传统和量子网络本地集成的优势。迄今为止,光量子计算演示已经使用专用硬件实现了特定任务,特别是高斯玻色子采样,这使得量子计算优势得以实现。在这里,我们报告了第一个基于单光子的用户就绪通用量子计算原型。该设备包括一个高效量子点单光子源,为可重构芯片上的通用线性光网络供电,该芯片的硬件错误由机器学习的转译过程补偿。我们的完整软件堆栈允许远程控制设备通过逻辑门或直接光子操作执行计算。对于基于门的计算,我们对具有 99.6 ± 0.6 的最先进保真度的一、二和三量子比特门进行了基准测试。 1%、93.8±0.6% 和 86±1.2%。我们还实现了变分量子本征解法,用它来高精度地计算氢分子的能级。对于光子原生计算,我们使用基于 3 光子的量子神经网络实现了分类器算法,并报告了通用可重构集成电路上的第一个 6 光子玻色子采样演示。最后,我们报告了首次预示的 3 光子纠缠生成,这是基于测量的量子计算的一个重要里程碑。
EIC 探路者挑战赛:空间太阳能收集用于创新空间应用 2.1 背景和范围 太阳中的热核反应实际上是一种无限的能源,但是迄今为止只有极小的一部分得到了开发。与此同时,卫星发射的增多和低地球轨道 (LEO) 巨型星座的进步、在轨卫星服务 (IOS) 的出现以及主动碎片清除 (ADR) 服务的出现表明需要能源来为不断增加的航天器空间机动性提供动力。卫星所有者有望在多个轨道上发射、服务卫星、执行防撞机动并将其卫星或太空拖船移动到所需轨道(例如 LEO 等)。因此,未来的航天器将需要创新的推进能力,以实现长期可靠、经济实惠且可扩展的空间机动解决方案。寻找一种在太空中收集太阳能并将其传输给各种太空接收器(可能通过适当的转译器网格)以用于各种太空应用和新型推进方法的富有远见的想法将为可再生和可自我维持的太空移动解决方案带来突破性创新,并为欧洲卫星所有者带来巨大利益。轨道活动呈指数级增长,需要太空移动,并采用改变游戏规则的新型推进方法和能源进行推进。只要开发出适当的推进系统,太空能量收集就可以为轨道中的航天器提供持续的能量,以实现太空移动。这些可能是绿色推进解决方案,利用转换和传输的能量进行轨道机动。改变游戏规则的绿色推进解决方案可在不影响发射成本甚至降低发射成本的情况下提高有效载荷能力,这是需要解决的挑战之一。此外,由于缺乏大气层,这种绿色能源也有可能以有限的损失传输到月球表面,用于各种太空应用,例如原位资源利用 (ISRU)。掌握开发创新太空应用所需的所有技术将支持欧盟在能源、太空机动绿色推进和太空运输等关键领域的战略自主。2.2 总体目标和具体目标 EIC 正在寻求在太空能量收集和传输以及使用此类收集能量的新型推进概念领域取得突破。