首次！中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)基于局域操作的最優(yōu)量子門檢驗(yàn)

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的郭光燦院士團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了基于局域操作的最優(yōu)量子門檢驗(yàn)。1月14日，該研究成果發(fā)表在國(guó)際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上，并入選“編輯推薦”文章。

高保真度的量子門操作是建立容錯(cuò)量子計(jì)算的必要條件，如何檢驗(yàn)制備量子門的保真度是否達(dá)到要求是實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算首先要解決的問(wèn)題。由于量子門中參數(shù)個(gè)數(shù)隨著量子系統(tǒng)大小指數(shù)增加，傳統(tǒng)量子過(guò)程層析方案隨量子門的規(guī)模增大測(cè)量次數(shù)和計(jì)算量都呈指數(shù)增長(zhǎng)。對(duì)于未來(lái)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(guò)程層析方法已經(jīng)不具備實(shí)際可操作性。

在新研究中，科學(xué)家利用自研多參數(shù)量子精密測(cè)量平臺(tái)，改進(jìn)了量子門檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理算法，可對(duì)量子門的失真度上界∈進(jìn)行估計(jì)。他們實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的樣本復(fù)雜度1/∈的量子門檢驗(yàn)，并且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。利用最優(yōu)量子門檢驗(yàn)，研究組對(duì)兩比特CNOT門和三比特Toffoli門分別進(jìn)行了檢驗(yàn)，兩者平均而言只需用到1600次和2600次測(cè)量就能檢驗(yàn)保真度是否達(dá)到了99%和97%以上，所使用的測(cè)量基數(shù)目?jī)H為20和32個(gè)。作為對(duì)比，用量子過(guò)程層析去刻畫它們的失真度需要上百萬(wàn)次測(cè)量，以及324和4096個(gè)測(cè)量基。

該項(xiàng)研究，對(duì)大規(guī)模量子門和量子線路的驗(yàn)證具有重要意義。

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論文原文：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.020502

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標(biāo)簽： 量子門 最優(yōu)量子門