三维光量子芯片实现量子随机行走符合哈尔测度

近日，上海交通大学物理与天文学院教授金贤敏课题组和意大利佛罗伦萨大学、英国帝国理工学院学者合作，在《物理评论快报》上发表论文，验证了三维光量子芯片上量子随机行走符合哈尔测度，首次在实验上实现基于量子随机行走的哈尔随机酉矩阵。

量子系统的随机运算在量子信息处理中扮演着重要的角色。特别是随着各种关于玻色采样的研究证明了量子计算的优越性，这些研究所需要的哈尔随机酉矩阵越来越受到人们的关注。

“哈尔测度不仅是研究随机性的理论工具，也成为一个构建量子协议或算法的实用模块。”该论文第一作者、上海交通大学物理与天文学院副研究员唐豪对《中国科学报》说，“因此，被广泛应用于玻色采样、量子密码学、量子过程层析成象、纠缠生成、保真度估计等领域。”

目前已报道的一些实验方案，有的基于通用量子线路，需使用大量的量子门;有的基于可编程光网络，需要使用光子分束器和干涉仪随模式数目平方级增加。

“这些实现方式相对复杂，意大利佛罗伦萨大学教授L. Banchi等受量子控制及开放量子系统理论启发，推导出基于时间连续型量子随机行走，可以更高效地实现哈尔随机酉矩阵，可通过大量的量子随机行走演化结果的期望趋于均匀分布进行检验，但该方案从未被实验验证。”唐豪说。

研究人员基于三维光量子芯片实现各种量子行走实验，通过对原理论方案进行改进，提出具体基于波导传输常数随机扰动的量子随机行走理论模型，更加直观看到实验图像，并经过数值推导验证符合哈尔测度。(作者：陆琦 张双虎 黄辛 )

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