面向任意量子态的分布式精确量子振幅放大算法

在含噪中等规模量子（NISQ）时代，分布式量子计算引起了广泛关注，因为它克服了单设备架构的物理限制并实现了可扩展的量子信息处理。在本研究中，我们关注对具有任意振幅分布的量子态实现精确振幅放大的挑战，并随后提出了一种分布式精确量子振幅放大算法（DEQAAA）。具体而言，（1）它支持在 $2 \leq t \leq n$ 范围内任意数量节点 $t$ 间的划分；（2）任何单个节点所需的最大量子比特数表示为 $\max \left(n_0,n_1,\dots,n_{t-1} \right)$，其中 $n_j$ 表示第 $j$ 个节点的量子比特数，且 $\sum_{j=0}^{t-1} n_j =n$；（3）它能够实现具有任意振幅分布的量子态多目标的精确振幅放大；（4）我们通过量子模拟软件 MindSpore Quantum 解决了涉及两个目标（十进制中的 8 和 14）的特定精确振幅放大任务，在 4 量子比特、6 量子比特、8 量子比特和 10 量子比特系统上进行了测试，验证了 DEQAAA 的有效性。值得注意的是，通过分解 $C^{n-1}PS$ 门，随着量子比特数量的增加，DEQAAA 在量子门数量和电路深度上均展现出显著优势，从而增强了其抗噪能力。例如，在 10 量子比特场景下，与 QAAA 和 EQAAA 相比，它在两个指标上都实现了超过 $97\%$ 的减少，突显了其出色的节省资源性能。