丁晨 李坦 张硕 郭楚 黄合良 鲍皖苏

(河南省量子信息与量子密码重点实验室,郑州 450004)

在量子计算过程中,需要通过量子测量读取计算结果.然而,受限于物理实现,对量子态的测量往往存在较大误差,直接影响量子计算结果的正确提取,以及限制量子计算的大规模扩展.本文针对一种特定形式的量子态,提出基于辅助单比特测量的量子态间接读取算法,避免多比特测量带来的大量测量误差.理论和模拟结果表明,当所读取的量子态比特数较大时,该算法相比于直接读取具有更高的正确率,可用于大规模量子纠错和量子态的高保真度读取.

1 引言

20 世纪80 年代以来,量子计算由于具有可快速求解困难问题的强大潜力,得到了广泛的关注和研究.人们已经设计出一系列具有加速能力的量子算法,比如Shor 算法[1]、Grover 算法[2]、线性方程组量子求解算法[3]等.量子计算的多种物理平台实现(如超导[4-13]、线性光学[14-24]、离子阱[25]、硅[26,27]、原子[28])也取得了巨大的进展,人们于2019 年[29]和2020 年[30]两次在不同的量子计算体系上验证了量子霸权(量子优越性),即证明了量子计算在某些问题上具备极大超越经典计算机的计算能力.尽管随着理论研究的深入,随机线路采样的经典模拟速度得到了不断提升[31,32],但中国研制的“祖冲之”号超导量子芯片[33]依然可以保持量子优越性.目前,量子计算已呈加速发展之势,并已进入中等尺度含噪声量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ)时代,具备实现量子机器学习[34-36]、量子盲计算[37-39]等……