由 Francesco Di Colandrea 博士領(lǐng)導(dǎo)、物理學(xué)副教授 Ebrahim Karimi 教授指導(dǎo)的渥太華大學(xué)量子技術(shù)研究所（NexQT）研究人員團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種評(píng)估量子電路性能的創(chuàng)新技術(shù)。

這一重大進(jìn)展發(fā)表在npj Quantum Information雜志上，標(biāo)志著量子計(jì)算領(lǐng)域的重大飛躍。

在快速發(fā)展的量子技術(shù)領(lǐng)域，確保量子設(shè)備的功能性和可靠性至關(guān)重要。要想將這些器件高效地集成到量子電路和計(jì)算機(jī)中，就必須具備高精度、高速度的表征能力，這對(duì)基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都會(huì)產(chǎn)生影響。

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高維量子光子學(xué)系統(tǒng)生成和實(shí)現(xiàn)示意圖。

表征有助于確定器件是否按預(yù)期運(yùn)行，當(dāng)器件出現(xiàn)異�；蝈e(cuò)誤時(shí)，表征就顯得十分必要。發(fā)現(xiàn)并解決這些問題對(duì)于推動(dòng)未來量子技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。

傳統(tǒng)上，科學(xué)家依賴量子過程斷層掃描（QPT），這種方法需要大量的“投影測(cè)量”才能完全重建器件的運(yùn)行。然而，QPT 所需的測(cè)量次數(shù)與操作的維度成二次方關(guān)系，這給實(shí)驗(yàn)和計(jì)算帶來了巨大挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)高維量子信息處理器而言。

渥太華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)了一種名為傅立葉量子過程斷層掃描（FQPT）的優(yōu)化技術(shù)。這種方法只需最少的測(cè)量次數(shù)，就能完整描述量子操作。

FQPT 不需要進(jìn)行大量的投影測(cè)量，而是利用一種著名的映射--傅立葉變換，在兩個(gè)不同的數(shù)學(xué)空間中進(jìn)行部分測(cè)量。這些空間之間的物理關(guān)系增強(qiáng)了從單次測(cè)量中提取的信息，從而大大減少了所需的測(cè)量次數(shù)。例如，對(duì)于維數(shù)為 2d（d 可以任意高）的過程，只需要 7 次測(cè)量。

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研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中：從左至右 Karimi 教授、Francesco Di Colandrea、Nazanin Dehghan 和 Allesio D'Errico。

為了驗(yàn)證他們的技術(shù)，研究人員進(jìn)行了一次光子實(shí)驗(yàn)，利用光偏振對(duì)量子位進(jìn)行編碼。利用最先進(jìn)的液晶技術(shù)，量子過程實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的空間偏振變換。該實(shí)驗(yàn)證明了該方法的靈活性和穩(wěn)健性。

渥太華大學(xué)博士后研究員 Francesco Di Colandrea 說：“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是探測(cè)該技術(shù)抗噪聲能力的基本步驟，可確保在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中進(jìn)行穩(wěn)健、高保真的重構(gòu)�！�

這項(xiàng)新技術(shù)代表了量子計(jì)算領(lǐng)域的重大進(jìn)步。研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在積極致力于將FQPT擴(kuò)展到任意量子運(yùn)算，包括非ermitian和高維實(shí)現(xiàn)，以及實(shí)施人工智能技術(shù)以提高精度和減少測(cè)量。

這項(xiàng)新技術(shù)為量子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展開辟了一條前景廣闊的道路。

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41534-024-00844-7