Китайские учёные разработали новый метод для точного анализа квантовых состояний

Как работает новый метод QST, разработанный командой. Автор: Hu et al.

Китайские исследователи из Шэньчжэньской международной квантовой академии и Университета Тунцзи представили новый математический инструмент для точной характеристики квантовых состояний в процессорах. Метод описан в статье, опубликованной в Physical Review Letters.

«По мере разработки более мощных квантовых компьютеров возникает вопрос: как проверить, что они работают корректно? Для этого обычно используются методы системной идентификации, включая квантовую томографию состояний (QST)», — пояснил Шумин Чэн, соавтор работы.

Традиционные методы QST становятся неэффективными для крупных систем из-за необходимости сбора огромного количества измерений и высоких вычислительных затрат.

Новый подход, названный «оценкой наименьших квадратов с регуляризацией чистоты», действует по аналогии с «умным алгоритмом», который преобразует размытое изображение квантовой системы в чёткое.

Рабочие pipeline QST и верификации запутанности. Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/qy9y-7ywp

Ключевое нововведение — учёт «чистоты» квантового состояния, что позволяет значительно повысить точность реконструкции даже при ограниченном числе измерений и наличии шумов.

Метод был протестирован на реальном сверхпроводящем квантовом процессоре, созданном командой. Устройство генерировало запутанные состояния Гринбергера-Хорна-Цайлингера (GHZ) для 17 кубитов. Точность реконструкции состояния достигла 0,6817(1), что является выдающимся результатом для системы такого масштаба.

Результаты подтвердили наличие подлинной 17-кубитной запутанности, что критически важно для квантовых вычислений и коммуникаций. Это одна из крупнейших реконструкций квантового состояния, выполненных на сегодняшний день.

В перспективе метод может использоваться для калибровки квантовых процессоров, поиска ошибок и разработки стратегий подавления шумов, что приближает создание отказоустойчивых квантовых компьютеров.

Больше информации: Chang-Kang Hu et al, Full Characterization of Genuine 17-qubit Entanglement on the Superconducting Processor, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/qy9y-7ywp.