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量子模拟正迅速成为量子技术的主要应用（1）。模拟模拟是一种关键方法，即在严格控制的环境中设计多体量子系统，并简单地允许其动态发生。随着这些系统规模的扩大和性能的提高，它们的计算能力开始超越现有的经典计算机（2-4）。尽管有所改进，但它们仍然受到错误的影响。因此，人们普遍认为，在模拟量子模拟器能够解决实际或基本重要问题之前，必须开发出定量保证容易出错的模拟量子模拟器输出正确性的方法（5）。模拟量子模拟器的验证通常依赖于包含错误和缺陷的可处理理论模型（1）。另一种方法是将动态正向和反向运行相同的时间，使系统返回到其初始状态——如果没有错误的话。这种方法通常被称为 Loschmidt 回声，它可以检测到一些错误和缺陷，但不能提供输出正确性的定量保证。已经开发出更复杂的变体，使模拟器从某个已知的初始状态通过状态空间中的闭环演化，最终返回到其初始状态 (6)。这些提供了模拟器如何忠实地实现目标汉密尔顿量的某种衡量标准。汉密尔顿学习 (7、8) 也服务于类似的目标，它正在为模拟模拟器开发。通过实验将目标汉密尔顿量应用于其近似稳定状态并估计一系列结果状态的预期值，汉密尔顿学习提供了实际应用的汉密尔顿量系数的估计值。虽然它将状态准备和测量中的错误错误地归因于汉密尔顿量中的错误，但它确实为实验实现的实际汉密尔顿量提供了一些信心。还为模拟量子模拟器开发了随机基准测试等方法来量化其组件的性能 (9)。然而，这些方法都无法对模拟器输出的正确性提供定量保证。最近还提出了一种用于估计量子模拟保真度的基准测试协议，但该协议需要指数级的经典资源，因此不可扩展（10）。在本文中，我们提出了一种可扩展且实用的认证协议，该协议为模拟量子模拟器输出的正确性提供了上限。由于所有量子模拟器的输出都是经典概率分布，因此我们的协议对错误和无错误的模拟量子模拟器生成的概率分布之间的变化距离设置了上限。我们将这项任务称为量子认证。实验上，我们的量子认证协议可以在现有的模拟模拟器上实现，特别是那些使用里德堡原子的模拟器。这些系统可以根据 XY 相互作用 (11) 以及交错单量子比特门 (12) 实现模拟汉密尔顿演化。因此，我们的工作可以解释为通过利用可编程性的进步来解决验证模拟量子模拟器输出的未决问题 (1，第 V 节)。
模拟量子模拟器的认证 - WRAP：华威大学
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