高效量子态魔法性检测与验证

非稳定性或“魔法”是量子计算机的关键资源，可从噪声量子态中提炼。然而，确定混合量子态的魔法性一直是极其困难的任务。本文基于稳态Renyi熵提供高效的魔法性 witnesses，能够稳健地指示魔法的存在并定量估计魔法单调量。我们还设计了高效的性质测试算法，可可靠地区分具有高魔法性和低魔法性的状态，假设熵受到限制。我们将方法应用于确认在广泛噪声模型下，噪声T门的数量。此外，利用IonQ量子计算机，我们实验验证了噪声随机量子电路的魔法性。令人惊讶的是，我们发现魔法性极其稳健，即使在指数级噪声下仍然持续存在。我们的witnesses也可用于矩阵产品态高效计算，揭示了许多体系量子态的子系统即使在纠缠的情况下也可能包含广泛的魔法性。最后，我们的工作直接涉及密码学和伪魔法：若要用最少的魔法性来模拟高魔法态，需大量熵。这意味着，熵是隐藏魔法性以防止窃听者的必要资源。我们的工作揭示了验证和研究噪声量子系统复杂性的强大工具。