記者1月17日從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與復旦大學朱黃俊和北京理工大學尚江偉合作，首次在實驗中實現了基于局域操作的最優量子門檢驗。研究成果日前在線發表在國際知名期刊《物理評論快報》上，并入選“編輯推薦”文章。
量子門是構建量子計算機的基本單元，實現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到要求是實現容錯量子計算首先要解決的問題。由于量子門中參數個數隨著量子系統大小指數增加，傳統量子過程層析方案隨量子門的規模增大，測量次數和計算量都呈指數增長。對于未來大規模的量子門和量子線路的質量表征，傳統采用的量子過程層析方法已經不具備實際可操作性。近期發展的量子門檢驗為解決上述問題帶來了曙光，它對于大多數量子門都能達到最優的樣本復雜度，并且只用到局域操作。但是這種方法對實驗誤差和量子門瑕疵并不魯棒。
研究人員把量子門檢驗的思想與近年來該小組系統發展的多參數量子精密測量平臺相結合，改進了量子門檢驗的數據處理算法，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。改進后的量子門檢驗通過對量子門輸出進行多次的局域投影測量，來實現對量子門的失真度上界的估計。實驗結果顯示上界的估計值和樣本數n呈接近反比關系，也就是1/n的估計精度。更重要的是，該方法所需要的樣本復雜度并不隨量子門規模的增大而增大。
研究人員利用最優量子門檢驗對兩比特CNOT門和三比特Toffoli門分別進行了檢驗。兩者平均只需用到1600次和2600次測量就能檢驗保真度是否達到了99%和97%以上，所使用的測量基數目僅為20和32個。而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，量子門檢驗對大規模量子門和量子線路的驗證具有重要意義。（吳長鋒）
（責任編輯：蔡文斌）
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