量子科技是當(dāng)前世界科技最前沿的領(lǐng)域之一，也是衡量一個(gè)國(guó)家科技水平的重要標(biāo)志。從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)看，量子計(jì)算機(jī)由多個(gè)量子門組成，且高保真度的量子門操作是實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算的必要條件。因此，盡快開(kāi)發(fā)出一種可靠且有效的方法用以檢驗(yàn)量子門的保真度，同樣迫切。

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近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)公布了其在量子門測(cè)量與檢測(cè)技術(shù)方面取得的重大進(jìn)展，并已發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)（Physical Review Letters）》。

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量子計(jì)算機(jī)正朝著大規(guī)模的量子門和量子線路發(fā)展，這使得測(cè)量和計(jì)算的工作量不斷呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的量子過(guò)程層析方案已不再具有實(shí)際可操作性。最近，國(guó)際上有研究人員提出了一種“量子門測(cè)試”的新理論方法，但其在量子門缺陷或?qū)嶒?yàn)誤差測(cè)試方面很難顯示出可靠性。

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郭光燦院士團(tuán)隊(duì)將量子門測(cè)試?yán)碚撆c其近年來(lái)開(kāi)發(fā)的多參數(shù)量子精密測(cè)量平臺(tái)相結(jié)合，并通過(guò)改進(jìn)量子門檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理算法，實(shí)現(xiàn)了在量子門缺陷檢驗(yàn)上保留高效率的同時(shí)提升誤差檢測(cè)的可靠性。

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改進(jìn)后的量子門檢驗(yàn)方法通過(guò)對(duì)量子門輸出進(jìn)行多次的局域投影測(cè)量，從而對(duì)量子門的失真度上界∈進(jìn)行評(píng)估。實(shí)驗(yàn)證明，改進(jìn)的測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的樣本復(fù)雜度1/∈量子門檢驗(yàn)，更重要的是，該方法所需要的樣本復(fù)雜度并未隨量子門規(guī)模的增大而增大。

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該團(tuán)隊(duì)利用其量子門測(cè)試方法，對(duì)兩比特CNOT門（Control-not gate）和三比特Toffoli門（Controlled-controlled-not gate）分別進(jìn)行了檢驗(yàn)。相比于傳統(tǒng)方法需要324/4096個(gè)測(cè)量基數(shù)以及上百萬(wàn)次測(cè)量，新方法僅通過(guò)20/32個(gè)測(cè)量基數(shù)和1600/2600次測(cè)量，就能檢測(cè)出量子門的保真度是否達(dá)到99%和97%以上。

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美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）主辦的新聞網(wǎng)站《EurekAlert》評(píng)論到，這項(xiàng)工作為先進(jìn)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

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文：EurekAlert

編譯：李每

編輯：慕一

注：本文編譯自“EurekAlert”，不代表量子前哨觀點(diǎn)。

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