基于切比雪夫多项式的高效量子态层析成像

量子计算在解决计算密集型问题方面展现出巨大潜力,但全参数估计的通用量子态层析成像(QST)所需的指数级资源限制了其应用。该研究团队提出基于切比雪夫多项式的量子态层析方法,针对编码复值函数的纯量子态实现近似重构。该方法将层析问题转化为切比雪夫展开系数的估计问题,这些系数通过哈达玛测试电路测量目标量子态与切比雪夫基函数的内积获得。通过将切比雪夫多项式截断阶数作为可控参数,该方法在效率与精度之间实现了实用化平衡。对于编码具有大尺度特征函数(如流场数据)的量子态,适当截断能通过线性深度的量子电路忠实重构主导成分,同时保持测量次数与后处理复杂度均与量子比特数无关——这与基于完整测量的QST方法的指数级复杂度形成鲜明对比。在解析函数和数值生成的流场数据上的验证表明,该方法能准确重构并有效提取大尺度特征,适用于受宏观动力学控制的系统。

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