近日，中国科学技术大学的郭光灿院士团队与复旦大学朱黄俊和北京理工大学尚江伟合作，首次在实验上实现了基于局域操作的最优量子门检验。1月14日，该研究成果发表在国际知名期刊《物理评论快报》上，并入选“编辑推荐”文章。
高保真度的量子门操作是建立容错量子计算的必要条件，如何检验制备量子门的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。
在新研究中，科学家利用自研多参数量子精密测量平台，改进了量子门检验的数据处理算法，可对量子门的失真度上界∈进行估计。他们实现了最优的样本复杂度1/∈的量子门检验，并且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。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上百万次测量，以及324和4096个测量基。
该项研究，对大规模量子门和量子线路的验证具有重要意义。
前瞻经济学人APP资讯组
论文原文：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.020502
