基于云的量子计算真的能提供量子优势吗

量子机器可以极大地加速某些类型的计算，但前提是机器中的两个或多个量子位纠缠在一起——也就是说，尽管分开，但仍能够显示相关行为。为了为基于云的量子计算服务的用户寻找一种检测量子位纠缠的方法，韩国高级科学技术学院的 Jiheon Seong 和 Joonwoo Bae 开发并测试了纠缠见证电路。即使基于云的服务仅允许对机器进行有限的控制，它也可以证明纠缠。他们的研究成果于 9 月 21 日发表在《智能计算》(Science Partner Journal)上。

研究人员希望构建能够在量子位之间产生纠缠的电路。然而，在他们使用电路之前，他们不知道它是否是纠缠生成电路。可以执行一种称为量子断层扫描的昂贵程序，或者研究人员可以使用纠缠见证。纠缠见证是一个与两个特定量子位及其状态相关的数学函数。其输出值表明量子位的状态是纠缠的还是可分离的。

不幸的是，如果不直接访问量子机，并不总是可以使用纠缠见证。在实验室环境中，在 IBMQ 基于云的量子计算服务中，研究人员可以选择将机器的硬件量子位分配给电路。在基于 IonQ 云的量子计算服务中，用户没有这种级别的控制，因此无法确定获得计算纠缠见证函数输出的适当值。

研究人员对 IBMQ 和 IonQ 云服务的唯一输入是量子电路。为了解决这一限制，Seong 和 Bae 设计了特殊的纠缠见证电路，使用纠缠见证策略来证明纠缠量子位的存在。研究人员可以使用这些电路仅使用服务输出的测量统计数据来检测纠缠。他们不需要能够控制量子位分配。纠缠见证电路使研究人员能够使用基于云的计算来满足寻求量子优势过程中的“基本要求”。

此外，新的纠缠见证电路建立在最近开发的名为 EW 2.0 的框架之上，该框架检测纠缠的效率提高了一倍。

Seong 和 Bae 描述了两个和三个量子位纠缠生成电路的纠缠检测，概述了为纠缠生成电路构建纠缠见证电路的两种方案，并分享了使用 IBMQ 和 IonQ 基于云的量子计算服务的实验结果。