从极少量测量中预测魔法

量子态的非稳定化特性是实现通用量子计算的必要资源,但其表征过程素以苛刻著称。量化非稳定化特性通常需要指数级数量的测量数据,以及双指数级经典后处理成本来评估其标准单调量。该工作表明,非稳定化特性在很大程度上取决于观测视角:只要测量集合包含反对易的泡利算符对,便可通过任意m组n量子比特泡利测量来见证和量化这一特性。研究人员提出了一个通用框架,将稳定子多胞体投影至这些可观测量定义的子空间,并开发了估算“魔法”的算法——其时间复杂度与测量次数m呈指数关系,但与量子比特数n呈多项式关系。通过将该问题与稳定子约束的量子边缘问题变体相联系,该团队还证明了判定对应约化稳定子多胞体成员资格属于NP难问题。特别地,除非P=NP,否则不存在多项式时间(关于m)的通用解法,这从计算复杂性理论层面确立了根本性限制。最后,研究人员运用该框架计算了不同哈密顿量基态的非稳定化特性,其方法在现有技术无法触及的领域仍展现出实用性能。

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提交arXiv: 2026-02-21 19:13

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