中科大郭光灿院士团队开发出量子门测量的新方法

量子技术的发展是当前最热门的前沿科学之一，它被认为是衡量一个国家科技水平的重要标志。在结构的基础上，量子计算机由多个量子门组成。容错量子计算需要对门进行高保真操作，优先开发一种可靠且有效的方法来检查量子门的保真度，这一点至关重要。

近日，中国科学技术大学郭光灿院士团队公布了其在量子门测量与检测技术方面取得的重大进展。

由于测量和计算的指数级增长，传统的量子态断层扫描方法不再具有实用性，因为量子技术的未来在于大规模的门和路线。最近有人提出了一种新的理论方法，称为“量子门测试”，但在量子门的缺陷或实验误差方面几乎没有表现出可靠性。

郭光灿院士团队将量子门测试理论与其近年来开发的多参数量子精密测量平台相结合，并通过改进量子门检验的数据处理算法，实现了在量子门缺陷检验上保留高效率的同时提升误差检测的可靠性。

通过对量子门输出的多次局部投影测量，改进后的测试方法实现了最优的样本复杂度（1/ε），实验结果也证明了这一点。更重要的是，这种方法所需的样本复杂度不会随着量子门规模的增加而增加。

利用新开发的量子门测试方法，研究小组随后测试了2比特的CNOT门（Control-not gate）和3比特的Toffoli门（Controlled-controlled-not gate）。在使用20和32个测量基数的情况下，获得了检验保真度是否超过99%和97%所需的平均1600和2600次测量。相比之下，传统方法需要324和4096个基数，同时需要数百万次的测量。

这项工作为先进量子计算机的发展做出了巨大贡献。题为Efficient Experimental Verification of Quantum Gates with Local Operations的相关研究论文发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

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