中国科大首次实验实现基于局域操作的最优量子二门检验

1 同年 17 日假消息，据西方科学技术所大学发表我校郭光灿博士生设计团队在量子场论小门的测检查研究中取得不可忽视进展。该设计团队李传锋、项国勇研究组与山东所大学朱黄俊和北京理工所大学尚江伟合作，首次在实验者上做到了普于相对论性加载的匹配量子场论小门检查。该研究成果于 2022 年 1 同年 14 日在线发表在国际闻名期刊《物理华盛顿邮报快报》上，并荣膺“编辑推荐”文章。

量子场论小门是构筑量子场论推算机的普本单元，做到很低保真度的量子场论小门加载是容错量子场论推算的必需。如何检查仅仅制备的量子场论小门保真度有否达致承诺是做到容错量子场论推算首先要解决问题的解决问题办法。由于量子场论小门中匹配个数随着量子场论系统设计大小净资产减小，传统意味量子场论操作过程层析设计方案随量子场论小门的规模减小测次数和推算量都长方形净资产激增。对于未来大规模的量子场论小门和量子场论区间的总质量表征，传统意味有别于的量子场论操作过程层析新的方法早已不具仅仅可加载性。当今早先持续发展的新的方法论新的方法 —— 量子场论小门检查为解决问题上述解决问题办法带来了曙光，它对于大多数量子场论小门都能达致匹配的样本复杂度，并且只用到相对论性加载。但是这种新的方法在仅仅应用领域时发挥作用困难，它对实验者误差和量子场论小门不合理十分鲁棒。

项国勇工作组与他的学生把量子场论小门检查的思想体系与近年来该工作组系统设计持续发展的多匹配量子场论精密测平台相结合，[Nat.Commun.9,1 (2018);PRL124,060502 (2020);PRL125,020501 (2020)；PRL 126,070503 (2021)]，改进了量子场论小门检查的自动化算法，使得量子场论小门检查在保留很低效率的同时提升了对误差的鲁棒性。改进后的量子场论小门检查通过对量子场论小门转换成开展多次的相对论性投影测，来做到对量子场论小门的失真度上山海∈开展估计。实验者结果显示∈的估计值和样本数 n 长方形近似于角速度关系，也就是 1 / n 的估计准确性。这反之亦然该兼职做到了匹配的样本复杂度 1/∈的量子场论小门检查，更不可忽视的是该新的方法所需要的样本复杂度十分随量子场论小门规模的减小而减小。

示意图 1 匹配量子场论小门检查设计方案示例

利用匹配量子场论小门检查，研究组对两比特 CNOT 小门和三比特 Toffoli 小门分别开展了检查。两者平均值而言只需用到 1600 次和 2600 次测就能检查保真度有否达致了 99% 和 97% 以上，所使用的测普个数仅为 20 和 32 个。作为对比，用量子场论操作过程层析去刻划它们的失真度需要 324 和 4096 个测普，以及上百万次测。因此，量子场论小门检查对大规模量子场论小门和量子场论区间的验证具有不可忽视意味。

示意图 2 CNOT 小门的检查结果。

(a) 异质性水平 (b) 失真度上山海

上海交通大学量子场论信息中长期实验者室研究生张瑞祺，副研究员侯志博为该兼职的共同第一作者。该兼职得到了国家科委派、国家自然科学普金委派、上海交通大学、教育部和合肥市的支持。

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