【东大新闻网1月13日电】（通讯员 李泽通）近日，东南大学信息科学与工程学院张在琛团队在量子计算研究中取得重要基础性进展，实现了对量子设备时空相关性的高效高精度刻画。相关研究成果以《Stiefel流形上基于等距算符的量子梳层析》（“Quantum Comb Tomography via Learning Isometries on Stiefel Manifold”）为题在Physical Review Letters上发表。
量子梳（Quantum comb）因其能够描述量子设备演化过程、建模时空相关性并执行复杂任务，受到广泛关注。作为一种非马尔可夫量子过程和超映射，量子梳涉及多时刻、多输入、多输出量子态，能够执行量子误差缓解、量子纠错编码、高阶量子计算等任务，可促进低噪容错量子计算机的发展。高效准确地刻画量子梳，是量子计算设备走向实用化、工程化的关键基础性问题之一。现有的量子梳层析（QCT）刻画方法需要大量参数以完整表示任意量子梳，随着所涉及时刻数和量子态维度的增加，这种庞大的参数需求已成为难以满足的计算负担；同时量子梳的物理性质要求其满足完全正性因果（CPC）约束，这需要在一个正半定复矩阵上引入大量的等式约束。这两个挑战导致QCT随着时刻数和系统维度的增加变得难以处理。
张在琛团队提出了一种高效的stiefel流形上基于等距算符的QCT方法。该方法将原始的QCT任务转化为在Stiefel流形上求解多个无约束优化问题，使得量子梳的CPC性质天然得以满足，而无需引入任何约束，并通过一系列等距算符实现量子梳的降维重构，显著减少了参数数量并保证了有界误差。该方法在处理层析过程中可以提供关于截断量子梳的信息，在精度和效率上均表现出色，特别适用于量子梳具有轻微时间相关性（即Choi态的纯度较高）或环境维度较低且已知的情况。团队与量子科技长三角产业创新中心展开合作，实际刻画了真实量子计算机中的时空相关性，在量子科技长三角产业创新中心研制的天工二号量子计算机上验证了该量子设备非马尔可夫噪声Choi态的低秩性。
该成果的合作单位包括紫金山实验室和量子科技长三角产业创新中心，东南大学信息科学与工程学院李泽通博士为本文第一作者，东南大学信息科学与工程学院余旭涛教授和张在琛教授为本文通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金项目、江苏省重点研发计划产业前瞻项目和教育部移动信息通信与安全前沿科学中心项目支持。
原文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.134.010803
DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.010803
供稿：信息科学与工程学院
（责任编辑：周子琪 审核：李小男）
