基于硬币量子随机游走在四顶点环上实验传输任意单量子比特态

我们在四量子比特核磁共振量子处理器上，通过四顶点环上的两步离散时间量子随机游走，实验演示了将未知单量子比特态从 Alice 传输到 Bob。Alice 和 Bob 处的量子比特用作硬币量子比特，游走在一个两量子比特的“游戏竞技场”上进行。在该方案中，所需的纠缠态是在量子游走期间通过条件移位算子自然生成的，而非预先制备。我们在 Bob 端实现受控算子，由 Alice 的硬币量子比特和竞技场量子比特控制，以在 Bob 端重构 Alice 随机生成的态。为表征态传输过程，我们对一组输入态 $\{ \vert 0\rangle, \vert 1\rangle, \vert +\rangle, \vert -\rangle \}$ 重复实验来执行量子过程层析。利用纠缠见证，我们证实该量子游走生成了所有四个量子比特的真四体纠缠态。为评估传输方案的有效性，我们使用量子态层析，通过将实验重构的四量子比特密度矩阵投影到三量子比特基态上来重构传输态。我们的结果表明，该量子电路能够以高保真度通过两步量子随机游走执行量子态传输。