通过量子层析成像实现电路编织中测量开销的指数级至多项式级缩放

“电路编织”是一类通过将目标量子电路分解为更小的子电路,从而在有限尺寸量子设备上实现大规模量子计算的技术。然而,该方法通常会在切割位点数量上产生指数级的测量开销,且这种缩放关系是否本质不可避免仍属悬而未决。例如,在基于准概率分解(QPD)的传统电路切割方法中,重缩放因子会导致对切割数量的指数依赖。本工作证明这种指数缩放并非普适现象:对于树状结构量子电路,通过级联量子层析协议可规避该问题。 研究团队首先针对树深度为1(两层)、最大分支因子为R、每条边键维度不超过d的树状电路,提出在加性误差ε范围内估算可观测量期望值的方法。该方案利用量子层析为每条切割边构建局部分解,从而消除传统QPD中的重缩放因子,转而引入由层析采样量控制的偏差。当切割R条边时,包括层析成本在内的总测量次数仅为O(d³R³ln(dR)/ε²)。随后将该树深度1的案例推广至深度L≥2的通用树结构,针对完全R叉树提出的算法总测量成本Õ(d³K⁵/ε²)随切割数量呈多项式增长。 最后通过信息论分析表明,在可比拟的树深度1场景下,传统基于QPD的线切割方法至少需要Ω((d+1)ᴿ/ε²)次测量。这一指数级差距凸显了基于层析的构建方法对于降低混合量子-经典计算中测量开销的重要意义。
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提交arXiv: 2025-12-22 17:55

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