在Qiskit中比较少量量子比特系统在超导硬件兼容性和电路设计敏感性方面的表现
量子物理
2026-04-07 v2
摘要
在当前量子计算生态系统中，用于实际应用的复杂电路的开发基于诸如Bell态等基本原语，这些原语提供叠加、纠缠和相干性。由Qiskit支持的模拟器和平台（如IBM Quantum）的可用性极大地扩展了特定领域量子应用的范围。然而，在含噪中等规模量子（NISQ）时代，理想模拟器输出与实际量子处理单元（QPU）执行之间的差异要求应用量子误差缓解技术。超导量子比特系统中的硬件约束以及随着量子电路增长而出现的经典模拟器资源有限性导致了局限性。量子退相干会降低门保真度，并随着电路深度增加在电路层面累积，这尤其由材料引起的缺陷和界面造成。这在电路可靠性、器件性能和材料属性之间建立了明确的联系。为解决这一问题，当前工作使用IBM Sherbrooke 127量子比特处理器上的模拟和实际硬件，研究了4到10个量子比特上的三个基本电路类别：量子傅里叶变换、Greenberger-Horne-Zeilinger态和W态。该研究通过对比模拟器和QPU结果，考察了电路复杂度、噪声鲁棒性和资源利用之间的权衡。结果表明，电路保真度可以作为材料限制噪声的间接探针，为设计考虑硬件和材料以实现可扩展量子优势的量子电路框架打开了大门。
引用
@article{arxiv.2506.14075,
title = {Comparing a Few Qubit Systems for Superconducting Hardware Compatibility and Circuit Design Sensitivity in Qiskit},
author = {Hillol Biswas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.14075},
year = {2026}
}