中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、項國勇研究組與復旦大學朱黃俊和北京理工大學尚江偉合作，首次在實驗上實現基于局域操作的最優量子門檢驗，這對大規模量子門和量子線路的驗證具有重要意義。日前，相關成果在線發表于《物理評論快報》。
量子門是構建量子計算機的基本單元，實現高保真度的量子門操作是容錯量子計算的必要條件。而檢驗實際制備的量子門保真度是否達到要求，是實現容錯量子計算首先要解決的問題。
據專家介紹，傳統的量子過程層析方法需要進行的測量次數和計算量，隨量子門規模的增大均呈指數增長。所以對于未來大規模的量子門和量子線路的質量表征，量子過程層析方法已不具備實際可操作性。近期國際上發展出一種新理論方法——量子門檢驗，它對于大多數量子門都能達到最優的樣本復雜度，并且只用到局域操作。但這種方法在實際應用時存在困難，對實驗誤差和量子門瑕疵并不魯棒。
項國勇小組與合作者把量子門檢驗的方法，與近年來該小組系統發展的多參數量子精密測量平臺相結合，改進了量子門檢驗的數據處理算法，使量子門檢驗在保留高效率的同時，提升對誤差的魯棒性。
改進后的量子門檢驗通過對量子門輸出進行多次局域投影測量，來實現對量子門的失真度上界∈的估計。實驗結果顯示∈的估計值和樣本數n呈接近反比關系，也就是1/n的估計精度。這意味著該工作實現了最優的樣本復雜度1/∈的量子門檢驗，更重要的是，該方法所需要的樣本復雜度并不隨量子門規模的增大而增大。
研究人員利用最優量子門檢驗，對兩比特CNOT門和三比特Toffoli門分別進行了檢驗。兩者平均而言只需用到1600次和2600次測量，就能檢驗保真度是否達到了99%和97%以上，所使用的測量基數目僅為20個和32個。相比之下，采用量子過程層析去刻畫它們的失真度，需要324和4096個測量基以及上百萬次測量。(桂運安 王敏)
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