

在量子信息传输以及量子比特门作用过程中,都会存在有噪声的干扰。错误缓解方法可以一定程度上减少这些噪声对测量值的影响。
我们用
对于一个输入状态
当噪声低于一定阈值时,我们可以利用量子纠错(QEC)来将含噪声的态恢复成理想状态。然而,由于实现该方案需要制备大量纠缠的量子比特,对于近期含有噪声的中等规模的量子设备(NISQ)来说,QEC 可能还并不实用。
尽管在 NISQ 设备上采用 QEC 方法将含噪声态恢复成理想状态还很困难,研究者们发展出了量子错误缓解(QEM)的方法作为一种替代方案。这一类方案的目标并不是恢复输出态,而是采用一些对测量结果后处理手段,恢复可观测量的统计平均值。QEM 由于不像 QEC 那样需要大量的辅助比特,实行起来对设备的要求更低,但由于 QEM 往往会有更大的统计方差,相比 QEC 需要测量的重复次数也要更多。
具体来说,假设我们在输出状态上测量一个可观测量
这里的
具体而言,有哪些错误缓解的方法呢?外推法在不同的物理错误率下运行相同的量子线路,从而通过不同错误率对应的测量结果外推得到无错误情况下的观测结果(如图1,利用错误率为

图1 外推法图示[6]
目前,量子错误缓解仍然存在有巨大的发展潜力,对在 NISQ 设备中实现量子计算有重要的价值,是一种可靠的降噪手段。如何利用量子错误缓解技术,提高各个量子算法的实现精度值得科学界的进一步探索研究。
参考文献
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[2] Otten M., Gray S.K. , Recovering noise-free quantum observables, Physical Review A, 99(1): 012338 (2019).
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[6] McArdle S. ,Endo S., Aspuru-Guzik A., et al. , Quantum computational chemistry, Reviews of Modern Physics, 92(1): 015003 (2020).

文 | 陆洋宇
图 | 朱成轩

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