物理学。修订版Lett。124，090505（2020）-魔法状态蒸馏的有效计算界限

魔法状态提取的有效计算边界

王欣、王尔德、袁苏

物理学。修订稿。124，090505–2020年3月6日出版

摘要

魔法状态蒸馏（或非稳定状态操作）是实现可伸缩、容错和通用量子计算的主要方法中的关键组件。与非稳定态操纵相关的是非稳定态的资源理论，其目标之一是表征和量化量子态的非稳定性。在这封信中，我们引入了一系列thauma测度来量化量子态中的非稳定量，并利用这一系列测度来解决非稳定态资源理论中的几个开放问题。作为第一个应用，我们将假设检验thauma建立为一次蒸馏不稳定度的有效可计算基准，这反过来导致了蒸馏不稳定的速率以及魔法状态蒸馏的开销的各种边界。然后我们证明了max-thauma可以作为一种高效的可计算工具，用于对魔法状态蒸馏的效率进行基准测试，并且它可以优于以前基于魔法值的方法。最后，我们使用min-thauma来限定文献中称为“正则相对魔法熵”的一个量。由于这个界限，我们发现两类具有最大魔法值的状态，即先前建立的非稳定测度，在渐近状态下不能以等于1的速率相互转换。这一结果解决了非稳定态资源理论中的一个基本问题，揭示了非稳定状态资源理论与纠缠、相干等其他资源理论的区别。