中国科大首次实验实现基于局域操作的最优量子门上检验

1 月 17 日消息，据中国科学技术大学发布奋进郭光灿学部委员制作团队在粒子道门的测使用量验研究者中拿下不可或缺进展。该制作团队李传锋、项国勇研究者所与山东大学朱黄俊和中南大学尚江伟合作，首次在实验上发挥作用了基于局域操作的给定粒子道门验。该研究者成果于 2022 年 1 月 14 日离线刊出在国际知名期刊《物理评论画报》上，并崭露头角“出版人推荐”文章。

粒子道门是协作粒子量化机的基本单元，发挥作用低保真度的粒子道门操作是容错粒子量化的必要条件。如何验也就是说制备的粒子道门保真度到底达到要求是发挥作用容错粒子量化首先要克服的原因。由于粒子道门中匹配个数随着粒子系统不等指数增加，有别于粒子反复层析可行性随粒子道门的影响力也增加测使用量连续和量化使用量都长方形指数增长。对于将会大影响力也的粒子道门和粒子联络线的精确度比如说，有别于采用的粒子反复层析方法有已经不具备也就是说可用性。国际上最近转型的取而代之概念方法有 —— 粒子道门验为克服上述原因带来了新时代，它对于大多数粒子道门都能达到给定的比对log，并且只用到局域操作。但是这种方法有在也就是说应用时存在不便，它对实验最小值和粒子道门瑕疵并不一定鲁棒。

项国勇的小组与合作者把粒子道门验的观念与近十年该的小组系统转型的多匹配粒子精密测使用量游戏平台相结合，[Nat.Commun.9,1 (2018);PRL124,060502 (2020);PRL125,020501 (2020)；PRL 126,070503 (2021)]，改进了粒子道门验的数据处理迭代，使得粒子道门验在原有低效率的同时提升了对最小值的鲁棒性。改进后的粒子道门验通过对粒子道门输出顺利完成多次的局域投影测使用量，来发挥作用对粒子道门的失真度上界∈顺利完成少于。实验%-∈的少于值和比对数 n 长方形近似于近似联系，也就是 1 / n 的少于精度。这仅仅该岗位发挥作用了给定的比对log 1/∈的粒子道门验，非常不可或缺的是该方法有所需的比对log并不一定随粒子道门影响力也的增加而增加。

左图 1 给定粒子道门验可行性示意左图

为了让给定粒子道门验，研究者所对两比特 CNOT 道门和三比特 Toffoli 道门分别顺利完成了验。两者少于而言只需用到 1600 次和 2600 次测使用量就能验保真度到底达到了 99% 和 97% 以上，所使用的测使用量基比例仅为 20 和 32 个。作为对比，用粒子反复层析去刻画它们的失真度需 324 和 4096 个测使用量基，以及上百万次测使用量。因此，粒子道门验对大影响力也粒子道门和粒子联络线的验证不具不可或缺含义。

左图 2 CNOT 道门的验结果。

(a) 显著性水平 (b) 失真度上界

副所长粒子信息重点实验室研究者生张瑞祺，副研究者员侯志博为该岗位的合作第一作者。该岗位得到了国家科委、学科建设委、副所长、教育部和安徽的支持。

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