近日，深圳国际量子研究院吴步娇、李正达等联合北京大学、南开大学的研究人员，在对称态量子特性估计方面取得重要进展。研究团队提出了一种利用量子态对称性的紧凑测量方案，能够显著提升对称态的线性与非线性性质的估计效率；研究团队进一步在光量子实验平台上制备三、四量子比特 GHZ 态和 W 态，对随机哈密顿量、自旋哈密顿量以及非线性函数进行了实验测量。结果表明，在相同测量资源下，该方法能够实现更高的估计精度。相关研究成果以“Symmetry Speeds up Quantum Measurements”为题，于2026年9月15日发表在国际学术期刊Physical Review Letters上。

估计量子态的线性与非线性性质是量子信息科学中的一项基础任务，通常需要制备并测量大量量子态副本。近年来，经典阴影（Classical Shadow）方法通过结合随机测量与经典后处理，实现了对多个可观测量期望值的高效估计，显著降低了测量资源需求。在此基础上，人们进一步发展了多种基于泡利测量的随机测量协议，通过针对特定哈密顿量优化测量基的选择与资源分配，不断提升估计效率。然而，现有方法通常未充分利用量子态本身具有的先验结构信息，例如对称性。作为物理学中的核心概念，对称性不仅与基本守恒定律密切相关，也逐渐成为优化量子信息处理和降低量子资源开销的重要工具。

针对这一问题，研究团队提出了一种面向对称量子态的紧凑测量方案，其核心思想是将量子态的对称性转移到待测可观测量上，从而在不改变目标期望值的前提下，对泡利项进行对称化与重新组织，减少冗余测量贡献。该方案保持了泡利基测量的基本结构，并可与现有泡利测量方法结合。理论分析表明，对于任意固定的泡利基测量协议，都可以构造与其兼容的对称化方案，使估计方差不高于原方案；对于特定可观测量，进一步采用紧凑分组后，可显著降低所需量子态副本数，在部分情形下实现多项式甚至指数级的样本复杂度改善。

研究团队进一步在光量子平台上制备了三、四量子比特 GHZ 态和 W 态，并对量子态的线性与非线性性质进行了系统验证。在线性性质估计中，研究团队分别考察了随机三量子比特哈密顿量和四量子比特自旋哈密顿量，并与shadow grouping (SG)、derandomized classical shadows (Derand) 、overlapped grouping (OGM) 和adaptive Pauli scheme (AP)等代表性方法进行比较；在非线性性质估计中，则进一步验证了对 Tr(ρ²H)的高效估计。实验结果表明，在相同测量资源下，紧凑测量方案能够获得更高的估计精度，验证了利用量子态对称性降低测量开销的实际可行性。