中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、项国勇研究组与复旦大学朱黄俊和北京理工大学尚江伟合作 ， 首次在实验上实现基于局域操作的最优量子门检验 ， 这对大规模量子门和量子线路的验证具有重要意义 。日前 ， 相关成果在线发表于《物理评论快报》 。
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 。而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 。
据专家介绍 ， 传统的量子过程层析方法需要进行的测量次数和计算量 ， 随量子门规模的增大均呈指数增长 。所以对于未来大规模的量子门和量子线路的质量表征 ， 量子过程层析方法已不具备实际可操作性 。近期国际上发展出一种新理论方法——量子门检验 ， 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 。但这种方法在实际应用时存在困难 ， 对实验误差和量子门瑕疵并不鲁棒 。
项国勇小组与合作者把量子门检验的方法 ， 与近年来该小组系统发展的多参数量子精密测量平台相结合 ， 改进了量子门检验的数据处理算法 ， 使量子门检验在保留高效率的同时 ， 提升对误差的鲁棒性 。
改进后的量子门检验通过对量子门输出进行多次局域投影测量 ， 来实现对量子门的失真度上界∈的估计 。实验结果显示∈的估计值和样本数n呈接近反比关系 ， 也就是1/n的估计精度 。这意味着该工作实现了最优的样本复杂度1/∈的量子门检验 ， 更重要的是 ， 该方法所需要的样本复杂度并不随量子门规模的增大而增大 。
【局域操作|最优量子门检验首次实现】研究人员利用最优量子门检验 ， 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个和32个 。相比之下 ， 采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 。（桂运安 王敏）
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