因斯布鲁克大学的科研团队开发了一种方法，可以用来测量量子系统中以前难以获得的特性。这种在量子模拟中确定量子态的新方法减少了必要的测量次数，并使量子模拟的工作效率更高。科研人员预计几年后，新一代量子模拟可以提供传统超级计算机无法实现的模拟任务。

量子模拟能够处理大量信息，因为它们在量子力学上叠加了大量的比特状态。然而也是由于这个原因，从量子模拟中读取这些信息也很困难。为了能够重建量子态，需要进行大量的单独测量。这种读出量子模拟里量子态的方法被称为量子态层析（或称量子态断层扫描）。

奥地利科学院量子光学与量子研究所的理论物理学家、该论文的第一作者Christian Kokail解释说：“每测量一次都提供了量子态的'横截面图像'，然后你将这些横截面图像放在一起就形成了完整的量子态”。实验室中所需的测量次数随着系统规模的增加而迅猛增加。也就是说测量的次数随着量子比特的数量呈指数增长。

因此，因斯布鲁克的研究人员为量子模拟开发了一种更有效的办法。这种新方法通过几次测量在经典计算机上重建了量子模拟的量子态。它还允许用户将存储在经典计算机上的量子态与实验室中的状态进行比较。他们基于一些来自量子场论的见解使量子态断层扫描变得更加有效，能以明显更少的测量次数来执行。

理论物理学家Rick van Bijnen说：“研究来自该领域（量子场论）较早的科学论文恰好引导我们走上了这条道路。量子场论提供了量子模拟中量子态的基本框架，然后只需要进行一些测量即可将细节融入到这个基本框架中。”

物理学家使用来自因斯布鲁克研究小组的离子阱量子模拟的实验数据对这种新方法进行了测试，该研究小组由Rainer Blatt和Christian Roos领导。Kokail回忆道：“在这个过程中，我们现在能够测量以前在这种质量中无法观察到的量子态特性，”

该科研团队早在两年前就与Andreas Elben和Benoit Vermersch共同开发了一种验证协议，该协议可用于检查量子态的结构是否真正符合量子场论的预期。Christian Kokail说：“我们可以使用进一步的随机测量来检查我们基于该理论开发的断层扫描的基本框架是否真的适合或完全错误，”

如果框架不适合，该协议会发出危险信号。但这对物理学家来说也是一个有趣的发现，因为它可能为尚未完全理解的与量子场论的关系提供线索。目前，研究人员正在开发一种新量子协议，其中量子态的基本框架不是存储在经典计算机上，而是直接在量子模拟上实现。（编译:Qtech）