【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科大郭光燦院士團隊在量子電路等價性實驗研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、柳必恒等人與清華大學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確性和提升量子電路優(yōu)化效率至關重要。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準貝爾測試中，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，研究團隊構(gòu)建了相應的噪聲模型，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，展現(xiàn)出極高的實際應用潛力。
 

　　文章第一作者為中國科學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、國家自然科學基金委、中國科學院、安徽省和北京市的支持。