FlowQ-Net:一种量子电路自动设计的生成框架

设计高效量子电路是探索量子计算潜力的核心瓶颈,尤其对于噪声中尺度量子(NISQ)设备而言,电路效率和容错能力至关重要。门序列的搜索空间呈组合式增长,而人工设计的模板往往浪费稀缺的量子比特和深度资源。该研究团队提出“FlowQ-Net”(基于流的量子设计网络)——一种基于生成流网络(GFlowNets)的自动化量子电路合成生成框架。该框架通过学习随机策略来顺序构建电路,并根据可灵活自定义的奖励函数进行采样,该函数可编码性能、深度和门数量等多种设计目标。这种方法能独特地生成多样化高质量电路集合,突破了单方案优化的局限。通过大量仿真实验,该团队验证了FlowQ-Net的有效性,并将其应用于分子基态估计、最大割问题和图像分类等近期量子计算关键挑战中的变分量子算法(VQA)拟设设计。FlowQ-Net设计的电路实现了显著改进:在参数、门数量和深度方面比常用幺正基线精简10至30倍,且精度不受影响。即使面对真实量子设备的误差特性,这一优势依然保持。研究结果凸显了生成模型作为自动化量子电路设计通用方法的潜力,为开发更高效的量子算法和加速量子领域的科学发现提供了新路径。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-10-30 16:57

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