[Paper] DynQ：一种通过质量加权社区检测实现的动态拓扑无关量子虚拟机

Source: arXiv - 2601.19635v1

概览

量子云平台本质上仍然是非虚拟化的：尽管硬件规模快速增长，每个用户程序仍然独占整个量子处理器，阻碍了资源共享、经济可扩展性以及服务质量的差异化。现有的量子虚拟机（Quantum Virtual Machine，QVM）设计尝试通过拓扑特定或模板化的划分实现空间复用，但这些方法在面对硬件异构、校准漂移和瞬时缺陷时极其脆弱，而这些问题在真实量子设备中占主导。

我们提出 DynQ，首个动态、拓扑无关的量子虚拟机，利用质量加权的社区检测对量子硬件进行虚拟化。DynQ 不再强制固定几何区域，而是将量子处理器建模为由实时校准数据生成的加权图，并自动发现能够在内部门质量最大化、区域间耦合最小化的执行区域。这在量子原生环境中实现了经典虚拟化原则——高内聚、低耦合，生成的执行区域在连通性、噪声感知以及对串扰和缺陷的鲁棒性方面均表现优异。

我们在五个 IBM Quantum 后端上使用基于校准的噪声仿真进行评估，并在两台生产设备上进行实测，对比了最先进的 QVM 与标准编译基线。在具有显著空间质量差异的硬件上，DynQ 实现了最高 19.1 % 的保真度提升和 45.1 % 的输出错误降低。当瞬时硬件缺陷导致基线执行完全失败时，DynQ 能动态适应并实现超过 86 % 的保真度。通过将校准后的设备图转化为自适应的虚拟硬件抽象，DynQ 将量子程序与脆弱的物理布局解耦，进而实现可靠的、高利用率的量子云服务。

关键贡献

• quant‑ph
• cs.SE

方法论

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实际意义

本研究推动了 quant‑ph 领域的进步。

作者

• Shusen Liu
• Pascal Jahan Elahi
• Ugo Varetto

论文信息

• arXiv ID: 2601.19635v1
• 分类: quant‑ph, cs.SE
• 发表时间: 2026年1月27日
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