评估近期光子量子器件的质量

对于近期量子器件，一项重要挑战是开发高效方法来认证噪声水平是否足够低，以允许执行潜在有用的应用。我们提出了一种为此量身定制的方法，适用于由单光子源耦合到线性光学电路再耦合到光子探测器的光子量子器件。该方法利用输入规模为$n$（理想情况下为$n$个输入光子）的玻色采样实验的输出统计。我们提出了一系列基准测试，针对两个主要噪声源，即光子损失和可区分性。我们的方法得出一个单一数值指标——光子品质因数，定义为输出统计通过所有测试的最大输入光子数。我们通过展示几种现有的用于高效模拟含噪玻色采样的经典算法如何未能通过这些测试，提供了强有力的证据，表明通过所有测试意味着我们的实验无法被经典高效模拟。最后，我们证明，每个模式平均光子损失率按$o(1)$缩放，且任意两个单光子态之间的平均保真度为$(1-o(\frac{1}{n^6}))^2$的玻色采样实验，足以持续通过我们的测试。毫不意外，我们的结果强调，以规避经典高效可模拟性的方式进行缩放，在某个时刻必然需要纠错和缓解措施。