成功实施量子技术需要尽可能少使用量子资源的协议和算法。然而,许多重要的量子操作,例如量子计算中的连续旋转门或 NMR 或 MRI 应用中的宽带脉冲,只能使用有限的量子资源近似实现。这项工作开发了一种方法,以略微增加测量重复率为代价,平均实现精确的实现。首先,建立一个包含大量不同近似所需门操作的库;通过根据预先优化的概率分布随机选择这些操作,平均而言,可以以严格可控的近似误差实现所需的操作。该方法依赖于凸优化中的复杂工具来有效地找到最佳概率分布。多种应用范围包括 (a) 仅使用低 T 计数电路在容错量子计算机中精确合成旋转,以及 (b) 在量子最优控制中合成性能卓越的宽带和频带选择脉冲,以及 (c) 在 NMR 或 MRI 中的进一步应用。该方法非常通用,并明确展示了量子技术的广泛实际应用。
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