中科大郭光燦院士團隊開發出量子門測量的新方法

量子技術的發展是當前最熱門的前沿科學之一，它被認爲是衡量一個國家科技水平的重要標誌。在結構的基礎上，量子計算機由多個量子門組成。容錯量子計算需要對門進行高保真操作，優先開發一種可靠且有效的方法來檢查量子門的保真度，這一點至關重要。

近日，中國科學技術大學郭光燦院士團隊公佈了其在量子門測量與檢測技術方面取得的重大進展。

由於測量和計算的指數級增長，傳統的量子態斷層掃描方法不再具有實用性，因爲量子技術的未來在於大規模的門和路線。最近有人提出了一種新的理論方法，稱爲“量子門測試”，但在量子門的缺陷或實驗誤差方面幾乎沒有表現出可靠性。

郭光燦院士團隊將量子門測試理論與其近年來開發的多參數量子精密測量平臺相結合，並通過改進量子門檢驗的數據處理算法，實現了在量子門缺陷檢驗上保留高效率的同時提升誤差檢測的可靠性。

通過對量子門輸出的多次局部投影測量，改進後的測試方法實現了最優的樣本複雜度（1/ε），實驗結果也證明了這一點。更重要的是，這種方法所需的樣本複雜度不會隨着量子門規模的增加而增加。

利用新開發的量子門測試方法，研究小組隨後測試了2比特的CNOT門（Control-not gate）和3比特的Toffoli門（Controlled-controlled-not gate）。在使用20和32個測量基數的情況下，獲得了檢驗保真度是否超過99%和97%所需的平均1600和2600次測量。相比之下，傳統方法需要324和4096個基數，同時需要數百萬次的測量。

這項工作爲先進量子計算機的發展做出了巨大貢獻。題爲Efficient Experimental Verification of Quantum Gates with Local Operations的相關研究論文發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

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論文原文：

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