IT之家 1 月 17 日消息，據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)布我校郭光燦院士團(tuán)隊在量子門的測量檢驗研究中取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊李傳鋒、項國勇研究組與復(fù)旦大學(xué)朱黃俊和北京理工大學(xué)尚江偉合作，首次在實驗上實現(xiàn)了基于局域操作的最優(yōu)量子門檢驗。該研究成果于 2022 年 1 月 14 日在線發(fā)表在國際知名期刊《物理評論快報》上，并入選“編輯推薦”文章。
量子門是構(gòu)建量子計算機(jī)的基本單元，實現(xiàn)高保真度的量子門操作是容錯量子計算的必要條件。如何檢驗實際制備的量子門保真度是否達(dá)到要求是實現(xiàn)容錯量子計算首先要解決的問題。由于量子門中參數(shù)個數(shù)隨著量子系統(tǒng)大小指數(shù)增加，傳統(tǒng)量子過程層析方案隨量子門的規(guī)模增大測量次數(shù)和計算量都呈指數(shù)增長。對于未來大規(guī)模的量子門和量子線路的質(zhì)量表征，傳統(tǒng)采用的量子過程層析方法已經(jīng)不具備實際可操作性。國際上近期發(fā)展的新理論方法 —— 量子門檢驗為解決上述問題帶來了曙光，它對于大多數(shù)量子門都能達(dá)到最優(yōu)的樣本復(fù)雜度，并且只用到局域操作。但是這種方法在實際應(yīng)用時存在困難，它對實驗誤差和量子門瑕疵并不魯棒。
項國勇小組與合作者把量子門檢驗的思想與近年來該小組系統(tǒng)發(fā)展的多參數(shù)量子精密測量平臺相結(jié)合，[Nat.Commun.9,1 (2018);PRL124,060502 (2020);PRL125,020501 (2020)；PRL 126,070503 (2021)]，改進(jìn)了量子門檢驗的數(shù)據(jù)處理算法，使得量子門檢驗在保留高效率的同時提升了對誤差的魯棒性。改進(jìn)后的量子門檢驗通過對量子門輸出進(jìn)行多次的局域投影測量，來實現(xiàn)對量子門的失真度上界∈進(jìn)行估計。實驗結(jié)果顯示∈的估計值和樣本數(shù) n 呈接近反比關(guān)系，也就是 1 / n 的估計精度。這意味著該工作實現(xiàn)了最優(yōu)的樣本復(fù)雜度 1/∈的量子門檢驗，更重要的是該方法所需要的樣本復(fù)雜度并不隨量子門規(guī)模的增大而增大。
圖 1 最優(yōu)量子門檢驗方案示意圖
利用最優(yōu)量子門檢驗，研究組對兩比特 CNOT 門和三比特 Toffoli 門分別進(jìn)行了檢驗。兩者平均而言只需用到 1600 次和 2600 次測量就能檢驗保真度是否達(dá)到了 99% 和 97% 以上，所使用的測量基數(shù)目僅為 20 和 32 個。作為對比，用量子過程層析去刻畫它們的失真度需要 324 和 4096 個測量基，以及上百萬次測量。因此，量子門檢驗對大規(guī)模量子門和量子線路的驗證具有重要意義。
圖 2 CNOT 門的檢驗結(jié)果。
(a) 顯著性水平 (b) 失真度上界
中科院量子信息重點實驗室研究生張瑞祺，副研究員侯志博為該工作的共同第一作者。該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院、教育部和安徽省的支持。
論文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.020502
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。