自主哈密顿量认证与变点检测

现代量子设备需要高精度的哈密顿动力学,但环境噪声会导致标定的哈密顿参数随时间漂移,从而需要昂贵的重新校准。由于复杂验证协议所需的量子门本身可能已失准,判断何时需重新校准具有挑战性。尽管云量子计算服务采用启发式例程触发重新校准,但最优重新校准的基本极限尚未阐明。该工作通过开发自主场景下的高效哈密顿量认证与变点检测协议来研究重新校准问题。在此场景中,研究人员既不依赖外部无噪设备,又仅使用单量子比特门和测量操作,使得协议对多量子比特操作的校准问题(即协议旨在检测的目标)具有鲁棒性。 对于算子范数‖H‖,‖H₀‖≤M的未知n量子比特哈密顿量H和H₀,该认证协议能以样本复杂度𝒪(nM²ln(1/δ)/ϵ²)和总演化时间𝒪(nMln(1/δ)/ϵ²),区分‖H−H₀‖F≥ϵ或‖H−H₀‖F≤O(ϵ/√n)的情况,其中δ为失败概率上界。该协议通过演化随机稳定子积态并基于经典可模拟的假设态执行自适应单量子比特测量来实现目标。将其扩展至连续监测后,研究人员利用CUSUM程序开发了在线变点检测算法,其检测延迟时间上限为𝒪(nMln(M𝔼∞[T])/ϵ²),与已知的虚警运行时间𝔼∞[T]渐近最优标度相匹配。该方法使量子设备能自主监测校准状态,无需辅助系统、纠缠操作或可信参考设备,为当代含噪设备的鲁棒量子计算提供了实用解决方案。

作者单位: VIP可见
页数/图表: 登录可见
提交arXiv: 2026-03-27 17:54

量科快讯