量子门的随机基准测试

可扩展量子计算的一个关键要求是能够以足够低的误差实现基本量子门。确定门实现误差行为的一种方法是执行过程层析成像。然而，标准过程层析成像受到态制备、测量和单量子比特门中误差的限制。它存在随量子比特数增加而效率低下的缩放问题，并且无法检测当门在长序列中组合时产生的不利误差累积。另一个问题是，可扩展量子计算所需的理想误差概率约为 0.0001 或更低，实验上证明如此低的误差具有挑战性。我们描述了一种随机基准测试方法，该方法无需依赖精确的态制备和测量即可估算与计算相关的误差。由于该方法涉及随机选择的门的长序列，它还验证了在长计算中误差行为的稳定性。我们在囚禁原子离子量子比特上实施了随机基准测试，在特定实验中确立了每个随机化$\pi/2$脉冲的单量子比特误差概率为 0.00482(17)。我们预期通过直接的技术改进可以轻松降低此误差概率。