面向相位保真的截断量子傅里叶变换——NISQ硬件上可扩展相位估计方案

量子相位估计(QPE)是众多量子算法的核心组件,但其标准实现需要在m个控制量子位上执行𝒪(m²)门数量的量子傅里叶变换(QFT)——这对近期噪声中等规模量子(NISQ)设备构成了难以承受的开销。本研究提出相位保真度感知截断QFT(PFA-TQFT),该系列近似QFT电路通过截断深度d进行参数化,可省略低于硬件校准保真度阈值ε的受控相位旋转。核心理论结果表明TV(Pφ,Pφᵈ) ≤ π(m−d)/2ᵈ,证明当d=𝒪(log m)时,电路规模将从𝒪(m²)骤减至𝒪(mlog m),而估计误差增幅最多为𝒪(2⁻ᵈ)。该工作通过本征门保真度直接推导出最优截断深度d∗=⌊log₂(2π/ε√q)⌋,在IBM Eagle/Heron和IonQ Aria平台上实现31.3%-43.7%的门数量缩减(m=30时),且精度损失可忽略。横场伊辛模型的数值实验验证了所有理论预测,并揭示噪声-截断协同效应:当NISQ噪声ε√q≳2×10⁻³时,PFA-TQFT表现优于完整QFT实现。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-07 05:39

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