研究人员利用机器学习，高效地在20维量子藏宝图中穿梭浏览，不仅找到了宝藏，还创造了一个新词。研究成果以“Robust and Efficient High-Dimensional Quantum State Tomography”为题，发表在《物理评论快报》上[2]。
昆士兰大学的物理学家Markus Rambach博士表示，团队使用自导断层扫描技术（self-guided tomography），能够更快更准确地发现未知量子态。研究团队还引入了新词“quvigint”，类似于“qubit”（量子比特，可以同时取值为0和1），只不过它的取值不仅为2个，而是20个。Rambach博士补充说，像quvigint这样的高维量子态，非常适合安全存储并发送大量信息。Rambach博士及其团队在纯态量子态上测试了自导断层扫描技术，纯态量子态可以在复杂的希尔伯特空间中以单向量表示。研究证明，该技术在这样的高维系统中依然有效，不论是3维、5维，还是20维，都能达到99%以上的测量保真度。
虽然提出自导断层扫描技术最初是为了测量纯态，但研究人员将该方法扩展到能够处理混合态。对于三维的混合态量子比特，测量保真度约为95%甚至更高。而这种高保真度正是读取基于高维量子信息的量子计算机所必需的[3]。
然而，在更高维度下寻找未知状态变得越来越困难，因为这在赋予量子设备强大算力的同时，也限制了我们描述它们的能力。Rambach博士将这个问题与在高维量子藏宝图中寻找宝藏相比拟。他描述道，我们知道我们在哪里，也知道宝藏的存在，但就是不知道该走哪条路才能找到宝藏。图｜quvigint（来源：Markus Rambach）假如使用的是标准断层扫描技术，那么为了解决该问题，首先需要确定查找方向，并确保覆盖整个地图。然后收集并存储所有相关数据，最后对数据进行处理，找到宝藏。而使用自导断层扫描技术，我们随机选取两个方向，都试一试，然后根据机器学习算法的线索，选出离宝藏更近的那个方向。之后重复这个过程，直到我们找到宝藏。自导断层扫描技术节省了大量的时间与精力，意味着我们可以更快、更容易地找到宝藏。在这个情景下，也就是“quvigint”。为了进一步说明自导断层扫描技术，研究团队模拟了quvigint在大气层中运动的轨迹，就像在地球上的两点之间或星地之间传送量子信息时一样。随着quvigint的移动，它受到大气湍流的影响。标准断层扫描技术非常容易受到这类噪声的影响，但自导断层扫描技术使团队能够以较高的精度重建原始的quvigint。自导断层扫描技术不同于其他寻找未知量子态的方法，它更加高效、准确、抗噪、可扩展，就像quvigints一样，也可以将它应用于原子或离子系统上。[1]https://www.uq.edu.au/news/article/2021/03/finding-quvigints-quantum-treasure-map[2]https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.100402[3]https://physics.aps.org/articles/v14/s34
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