【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科大郭光燦院士團(tuán)隊在量子電路等價性實驗研究中取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊李傳鋒、柳必恒等人與清華大學(xué)魏朝暉助理教授合作，實現(xiàn)了基于貝爾非局域性的量子電路等價性檢驗。該工作于12月23日發(fā)表在國際知名期刊Physical Review Letters上。
量子電路模型是量子計算中廣泛應(yīng)用的理論模型。判斷兩個獨立量子電路能否實現(xiàn)相同功能是一個基礎(chǔ)性問題。類似于經(jīng)典計算的電路等價性問題，量子電路等價性檢驗對于判斷量子算法編譯準(zhǔn)確性和提升量子電路優(yōu)化效率至關(guān)重要。此前，即使在量子電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)已知的情況下，等價性檢驗仍被證明是QMA-hard問題。實際場景中，量子電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往不可直接觀察，使得該問題更具挑戰(zhàn)性。
圖1.量子電路等價性檢驗協(xié)議概念圖。
圖2.不同3-比特量子電路等價性驗證實驗結(jié)果。
為解決上述難題，研究組提出了一種結(jié)合量子電路距離度量和貝爾非局域性的全新方案。該方案將待測量子電路插入標(biāo)準(zhǔn)貝爾測試中，通過測量其對非局域性的影響來度量不同待測電路之間的距離，最終完成等價性檢驗。該實驗中，實驗人員在8×8維的光子系統(tǒng)中構(gòu)造了Hadamard門，Toffoli門組成的通用量子門集合，并利用其制備不同量子電路完成等價性檢驗。針對實驗中量子噪聲，研究團(tuán)隊構(gòu)建了相應(yīng)的噪聲模型，實驗數(shù)據(jù)與模型結(jié)果高度吻合。此外，為展示等價性檢驗在量子電路優(yōu)化中的重要作用，研究組設(shè)計了兩個門結(jié)構(gòu)不同但功能等價的量子電路，實驗結(jié)果表明其在等價性檢驗中距離為0。
該工作是國際上首次利用貝爾非局域性進(jìn)行量子電路等價性檢驗的實驗研究。值得注意的是，該協(xié)議所需量子電路運行次數(shù)與電路規(guī)模無關(guān)，展現(xiàn)出極高的實際應(yīng)用潛力。
文章第一作者為中國科學(xué)院量子信息重點實驗室博士研究生唐昊、特任副研究員郭鈺以及清華大學(xué)交叉信息研究院博士生孫維孝。本研究得到合肥國家實驗室、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、安徽省和北京市的支持。
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