用于调试量子程序的布洛赫向量断言

量子程序必须具备可靠性以确保结果可信,但由于量子特有的故障(如门电路实现错误和硬件噪声)及其固有的概率特性,调试工作一直面临巨大挑战。基于断言的调试通过在执行过程中进行局部正确性检查,提供了有前景的解决方案。然而现有方法仍存在诸多挑战,包括需手动生成断言、依赖电路中途测量以及扩展性差等问题。该研究团队提出Bloq方法——一种可扩展的自动化故障定位方案,其创新性地采用基于布洛赫矢量的断言机制,利用泡利算符的期望值测量实现无需中途测量的低开销故障定位。此外,该工作还开发了AutoBloq组件,用于从量子算法自动生成断言方案。通过对684432个程序(采用量子傅里叶变换(QFT)和Grover两种算法)的实验评估表明,Bloq在电路深度和噪声增加时持续优于目前最先进的Proq方法:在理想条件下,Grover算法测试中Bloq的平均F1分数达到0.74(Proq仅为0.38),且在噪声环境下仍保持优势(0.43对0.06);同时Bloq将Proq的运行时间缩短5倍,电路深度开销降低23倍。这些结果证实了Bloq在实现可扩展、高效的量子设备近程断言调试方面的潜力。

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