中国科大首次实验实现基于局域操作的最优量子门检验

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量子门是构建量子计算机的基本单元，实现高保真度的量子门操作是容错量子计算的必要条件如何检验实际制备的量子门保真度是否达到要求是实现容错量子计算首先要解决的问题由于量子门中参数个数伴随着量子系统大小指数增加，传统量子过程层析方案随量子门的规模增大测量次数和计算量都呈指数增长对于未来大规模的量子门和量子线路的质量表征，传统采用的量子过程层析方法已经不具备实际可操作性国际上近期发展的新理论方法 —— 量子门检验为解决上述问题带来了曙光，它对于大多数量子门都能达到最优的样本复杂度，并且只用到局域操作但是这种方法在实际应用时存在困难，它对实验误差和量子门瑕疵并不鲁棒

图 1 最优量子门检验方案示意图

利用最优量子门检验，研究组对两比特 CNOT 门和三比特 Toffoli 门分别进行了检验两者平均而言只需用到 1600 次和 2600 次测量就能检验保真度是否达到了 99% 和 97% 以上，所使用的测量基数目仅为 20 和 32 个作为对比，用量子过程层析去刻画它们的失真度需要 324 和 4096 个测量基，以及上百万次测量因此，量子门检验对大规模量子门和量子线路的验证具有重要意义

图 2 CNOT 门的检验结果。

显著性水平 失真度上界

论文链接:

据悉，量子门是构建量子计算机的基本单元，实现高保真度的量子门操作是容错量子计算的必要条件。如何检验实际制备的量子门保真度是否达到要求是实现容错量子计算首先要解决的问题。但由于量子门中参数个数随着量子系统大小指数增加，传统量子过程层析方案随量子门的规模增大测量次数和计算量都呈指数增长。对于未来大规模的量子门和量子线路的质量表征，传统采用的量子过程层析方法已经不具备实际可操作性。

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