中国科大提出并实验验证基于测量的量子计算的资源理论框架
中国科年夜郭光灿院士团队李传锋、陈耕等人与复旦年夜学环游、意年夜利那没有勒斯费德里克二世年夜学Alioscia Ha妹妹a等人互助，正在基于丈量的量子计较（measurement-basedquantumcomputation,MQC）的魔术资本实践研究中取患上重要进展。团队初次提出了“注入魔术资本”（invested magic resources）以及“潜正在魔术资本”（potential magic resources）两个焦点观点，犹如为量子计较历程装备了准确的“标尺”以及尺度的“量杯”，展现了量子计较上风的堆集历程。该实践为懂得以及量化量子计较的计较才能供给了全新的视角，并为设计更高效的量子算法指明标的目的。相干结果于10月16日以“Invested and Potential Magic Resources in Measurement-Based Quantum Computation”为题颁发正在国际出名期刊Physical Review Letters上。量子计较之以是可以或许超出经典计较，其焦点上风之一正在于它可以或许哄骗奇特的“魔术”（magic）资本——由Kitaev等人提出的T态或门操作。
中国科年夜郭光灿院士团队李传锋、陈耕等人与复旦年夜学环游、意年夜利那没有勒斯费德里克二世年夜学Alioscia Ha妹妹a等人互助，正在基于丈量的量子计较（measurement-basedquantumcomputation,MQC）的魔术资本实践研究中取患上重要进展。团队初次提出了“注入魔术资本”（invested magic resources）以及“潜正在魔术资本”（potential magic resources）两个焦点观点，犹如为量子计较历程装备了准确的“标尺”以及尺度的“量杯”，展现了量子计较上风的堆集历程。该实践为懂得以及量化量子计较的计较才能供给了全新的视角，并为设计更高效的量子算法指明标的目的。相干结果于10月16日以“Invested and Potential Magic Resources in Measurement-Based Quantum Computation”为题颁发正在国际出名期刊Physical Review Letters上。
量子计较之以是可以或许超出经典计较，其焦点上风之一正在于它可以或许哄骗奇特的“魔术”（magic）资本——由Kitaev等人提出的T态或门操作。然而正在计较历程怎样完成“魔术”资本以到达最年夜量子上风，不断是量子计较范畴的焦点问题。基于丈量的量子计较（MQC）是一种极具后劲的计较范式，它巧妙地从一个自身没有具有“魔术”的纠缠图态（graph state）登程，经由过程一系列“非泡利丈量”来履行运算。这暗示了丈量历程是注入“魔术”的要害。然而这些丈量是怎样一步步注入“魔术”的，和没有同的纠缠布局可以或许承载几多“魔术”，不断是该范畴悬而未决的要害问题。
针对这一应战，研究团队立异性地成立了一个全新的实践框架来解决这些问题。他们引入了一个活泼的“倒水入杯”模子，将量子上风的堆集历程形象化：非泡利丈量是“水”，丈量历程就像是向体系中“倒水”，代表了为完成某个量子算法所必需投入的“注入魔术资本”（Invested Magic Resources）。而量子体系自身的纠缠布局，则像一个“杯子”，其容量决议了体系可以或许包容以及有用哄骗的“魔术”下限，这被称为“潜正在魔术资本”（Potential Magic Resources）。一个布局更优、维度更高的纠缠图态，就像一个更年夜的杯子，领有更年夜的“潜正在魔术资本”。
现实的量子上风是“杯中水”：终极留正在杯中的水，即“存留魔术资本”（Reserved Magic Resources），才是算法终极得到的、真正有用的量子上风。要是注入的“魔术”（水）凌驾了“杯子”的容量，过剩的局部就会溢出，形成资本华侈。
示用意：采纳倒水入杯模子类比展示注入魔术资本（M）、潜正在魔术资本（P）与存留魔术资本（R）之间的瓜葛。
这个框架清楚地标明，要得到壮大的量子计较才能，高效的丈量（源源一直的水）以及优良的纠缠布局（脚够年夜的杯子）缺一不成。研究团队还从实践上证实，高维度的纠缠图态（更年夜的杯子）可以或许撑持超线性以致指数级的量子上风，为设计更高效的量子算法指明标的目的。
为了验证这一实践，团队正在一个高质量的四光子量子计较平台长进行了试验演示。试验成果准确地展示了正在天生要害量子态（如T态以及量子傅里叶变换态）的历程中，“注入魔术”以及“存留魔术”怎样跟着每一一步丈量而变迁。试验清楚地观测到，当“注入魔术资本”总量凌驾由纠缠布局决议的“潜正在魔术资本”下限时，“魔术”资本便会不成防止地被华侈。这为“倒水入杯”模子供给了强无力的试验证据。同时试验还察看到，应用基于丈量的量子计较，魔术资本的华侈很是小；证实了基于丈量的量子计较是一个十分勤俭资本的量子计较平台。
这项事情不只初次从实践以及试验上清楚展现了量子上风正在计较历程中的静态堆集机制，也为将来优化量子算法、削减资本华侈、推进容错量子计较的成长供给了要害的实践东西以及试验引导。审稿人对该事情赐与了高度评估，以为其“为毗连基于丈量的量子计较与资本实践做出了重年夜孝敬”（makes a significant contribution to bridging MQC and resource theory），并称颂该事情“应战了量子计较范畴的传统看法，同时供给了全新的视角”（challenges assumptions in quantum computation while offering a fresh perspective）。
论文的第一作者为中国迷信技能年夜学博士生李恭初。该研究获得了科技部、合胖国度试验室、国度天然迷信基金委、安徽省和中国迷信技能年夜学等的赞助。
文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/4yyv-hggz
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