创新背景

正在开发的量子计算机预计将对社会产生重大影响。它们的好处包括通过减少能源消耗来减轻环境负担，寻找新的医疗用化学物质，加速寻找更清洁环境的材料等。

量子计算机的一大问题是量子态对噪声非常敏感，因此很难长期稳定地维持（保持相干量子态）。为了获得最佳性能，必须在保持相干量子态的时间内完成运算。需要一种方法来系统地确定最佳序列。

创新过程

研究团队开发了一种系统方法来识别最佳量子操作序列。

当计算机存储和处理信息时，所有信息都将转换为值为0或 1的位字符串。量子操作序列是用人类可读语言编写的计算机程序，经过转换，以便量子计算机可以对其进行处理。量子操作序列由 1 量子比特操作和 2 量子比特操作组成。最佳序列是运算最少且性能最佳的序列（红色方块和绿色垂直线的数量最小）。

量子操作序列概念图

新方法使用称为GRAPE的计算算法（一种数值最优控制理论算法）分析基本量子操作的所有可能序列。具体来说，研究人员创建了一个量子操作序列表和每个序列的性能指数（保真度F），范围从数千到数百万，具体取决于量子比特的数量和正在调查的操作数量。基于累积的数据系统地识别最优量子操作序列。关于量子操作序列长度与其性能指标之间的关系，如果量子比特n的数量为4，则需要五个或更多2量子比特门。

 准备四量子比特状态时可以实现的最大保真度 F

新方法还可以分析所有量子操作序列的完整列表并评估常规配方。因此，它可以为过去和未来对低量子比特量子算法性能的研究建立基准提供有价值的工具。

创新价值

为量子计算机寻找最优量子操作序列的系统方法有望成为中等规模量子计算机的有用工具。在不久的将来，它有望提高量子计算机的性能，并有助于减轻环境负担。

创新关键点

研究人员开发的是一种系统方法，它应用最优控制理论（葡萄算法）从所有可以想象的量子操作序列中识别理论上的最优序列。