物理系和微纳电子器件与量子计算机研究院朱黄俊课题组澄清了基于克利福德群（Clifford group）的高维量子位（qudit）阴影估计协议的样本复杂性，并通过添加单魔法门取得与量子比特情形相同效率，从而突破高维量子系统刻画难题。研究成果以“Qudit Shadow Estimation Based on the Clifford Group and the Power of a Single Magic Gate”为题，近日，在物理学权威期刊Physical Review Letters发表。同时，该成果作为报告入选量子信息顶级会议28th Quantum Information Processing Conference (QIP2025)，这是上海市本土研究成果首次入选该会议系列报告。
高效刻画与验证大中型量子体系是成功实现量子信息处理任务的基础，也是发展量子科技的核心环节。然而，传统量子层析方法由于成本高昂，难以应用于大中型量子体系。近年来，一种称为阴影估计的高效替代方法受到广泛关注，但构造适合高维量子位体系的高效阴影估计方案也一直是一个悬而未决的难题。
朱黄俊课题组经过两年多坚持不懈的努力，最终提出一种进一步提升效率的简洁方案，只需在克利福德线路基础上增加一层量子魔法门，即可消除高维量子位阴影估计中的O(d)开销，取得最佳标度行为，特别适用于当前含噪声中等规模量子阶段。
这项研究解决了高维量子位阴影估计的一个核心难题，并为高维量子位体系的高效刻画与验证提供了实用解决方案。研究也表明了高维量子位体系的刻画与验证比之前预期更简单。同时，本研究凸显了单个量子魔法门在实际量子信息处理任务中的强大潜力，这一发现可能会推动量子资源理论等相关领域的进一步发展。
本项研究由中福在线_网易彩票团队独立完成，再次入选会议报告，充分反映了中福在线_网易彩票量子信息基础理论研究得到了国际同行的高度认可。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.160801
来源：物理学系
