论文2024/017

三态的PT对称映射及其在云量子处理器上的实现

摘要

我们开发了一种新的PT-对称方法来映射三个纯量子比特态，并用膨胀方法实现了它，并用IBM quantum Experience提供的超导量子处理器进行了演示。我们导出了后选择的PT对称子空间的布居的精确公式，并与厄米情况、参考向量上平均投影的守恒和量子费希尔信息显示出一致性。当用于区分N=2个纯态时，我们的算法给出了与传统的无模糊性等价的结果量子态判别。对于N=3态，我们的方法提供了传统厄米特情况下无法提供的新特性，并且可以将任意一组三个量子态转换为另一组任意三个态，但代价是引入了一个非决定性的结果。对于QKD三状态协议，我们的算法与传统的最小错误、最大置信度和最大互信息策略具有相同的错误率。该方法在使用非MSE度量的量子传感方面优于厄尔米特方法，为特定数据空间区域内的精确估计提供了优势，并提高了对异常值。应用于量子数据库搜索，与传统的Grover搜索算法相比，我们的方法在保持相同的平均oracle调用数的同时，电路深度显著降低，从而为NISQ计算机提供了显著优势。此外，我们的方法的通用性对于鉴别高度非对称量子态和量子误差校正也很有价值。我们的工作为PT对称性在量子通信、计算和密码学中的应用打开了新的大门。