雲端量子計算對科技發展有巨大潛力　「量子糾纏證人」成重要關鍵

隨著科學和技術的發展，雲端量子計算逐漸成為科學界的研究熱點。最近，韓國高等科學技術學院的學者Jiheon Seong和Joonwoo Bae研發和測試了一種「量子糾纏證人」電路（entanglement witness circuit），試圖為雲端量子計算服務的用戶提供一種檢測量子位元纏結的新方法。

在量子機器中，當兩個或多個量子位元糾纏在一起時，即可顯著加快某些類型的計算。用戶所設計的量子電路成為這項服務的輸入，經過服務中的運行和實施，最終的測量統計數據會被返回給用戶。只有在生成糾纏狀態的量子電路在服務中實現時，才可能獲得量子優勢。

到底什麼是糾纏證人（entanglement witness ）？糾纏證人是一個用於量子物理學的數學工具，專門用於檢測量子糾纏，即多個量子粒子間存在的非常特殊的關聯。透過這一工具，科學家能確定量子粒子是否處於這種無法分解的糾纏態，對於深入了解量子世界和發展量子科技具有重要意義。

研究人員一直在努力構建能夠在量子位元之間生成纏結的電路。但不運行這些電路，他們無法確定其是否真的能夠產生糾纏。為了解決這一問題，他們可以進行一項名為「量子層析」的昂貴程序，或者可以使用一個糾纏證人。這個糾纏證人是一個關於兩個特定量子位元及其狀態的數學函數，其輸出值表明量子位元的狀態是否糾纏。

在實驗室設置和IBMQ的雲端量子計算服務中，研究人員可以選擇將機器的硬件量子位元分配給一個電路。然而，在IonQ的雲端量子計算服務中，用戶沒有這種控制級別，因此不能確定得到計算纏結證人函數輸出的適當值。

為了解決這個限制，Seong和Bae設計了特殊的糾纏證人電路，使用糾纏證人策略來證明量子位元的糾纏。這意味著，研究人員可以僅使用由服務輸出的測量統計數據來檢測纏結，無需能夠控制量子位元的分配。

效率變兩倍 可檢測兩至三個量子位元生成電路

糾纏證人電路為那些致力於尋求量子優勢的研究人員提供了一個基本的需求。而且，基於最近開發的EW 2.0框架，新型的糾纏證人電路在檢測量子糾纏方面的效率比以前的方法提高了一倍。

Seong和Bae描繪了如何檢測由兩個和三個量子位元形成的糾纏生成電路，他們概述了兩種構建糾纏證人電路的方案，並且分享了在使用IBMQ和IonQ雲端量子計算服務時的實驗結果。

通過這項研究，我們更進一步清晰地看到了雲端量子計算在未來科學技術發展中的巨大潛力，並期待它能為人類的科學研究帶來更多的突破和創新。這項研究刊登在最新一期的《智能計算》。

參考論文：

1.Detecting Entanglement-Generating Circuits in Cloud-Based Quantum Computing.Intelligent Computing

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【本文獲「明日科學」授權轉載。】