变分量子本征求解器的分子量子点细胞自动机模型

分子量子点元胞自动机(QCA)有望为经典信息处理提供低功耗、高速运算的硬件基础。在QCA电路设计中,由于完全相干模型会随器件数量呈指数级增长,仿真建模技术发挥着关键作用——这类模型目前存在严重的规模限制,大型电路必须采用近似方法。然而在容错量子计算时代,突破这些限制来建模大型QCA电路将成为可能。本研究创新性地采用含噪声中等规模量子(NISQ)变分量子本征求解器(VQE)方法来估算QCA电路的基态,其重要性在于QCA运算结果正是编码在电路基态之中。 该工作通过VQE对包括二进制导线、反相器和多数逻辑门在内的逻辑电路进行建模,分别在理想模拟器、噪声模拟器及真实量子硬件上执行了VQE仿真。研究证实VQE确实可用于分子QCA电路建模,但发现当代NISQ硬件的结果仍对噪声极为敏感,因此建议采取以下降噪措施:尽可能简化拟设电路,并优先选用低噪声量子硬件。

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提交arXiv: 2025-10-14 15:50

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