量子计算机上 Dicke 态的实际制备

在给定架构上实现量子算法所需的 CNOT 与单量子比特门的确切数量是量子计算的核心问题之一。本文以 Dicke 态制备为案例，研究了部分定义酉变换的简洁实现对于改进电路构造的重要性。Dicke 态 $(\left|D^n_k \right>)$ 是一类重要的纠缠态，在量子信息的许多分支中有着广泛应用。对此，我们提供了相较于现有文献在 CNOT 与单量子比特门数量上最高效的确定性 Dicke 态制备电路。我们进一步观察到，我们的改进还降低了电路的结构约束。我们在 IBM QX 服务的 "ibmqx2" 机器上实现了制备 $\left| D^4_2 \right>$ 的电路，并观察到由于系统噪声引起的误差相较于现有电路描述更小。最后我们描述了通用 $\left| D^n_k \right>$ 制备电路的 CNOT 映射，并分析了电路中 CNOT 门的不同分布方式及其对诱导误差的影响。