近日，电子科技大学基础与前沿研究院王晓霆教授、Abolfazl Bayat 教授团队在Communications Physics发表题为 “Enhancing the reachability of variational quantum algorithms via input-state design” 的研究论文。基础院博士研究生吴绍君为论文第一作者，Abolfazl Bayat 教授、王晓霆教授为共同通讯作者。电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一单位。
变分量子算法（Variational Quantum Algorithms, VQAs）是近期含噪量子计算设备上最具代表性的算法框架之一，已广泛应用于量子化学、量子多体问题、组合优化、量子机器学习和量子模拟等方向。然而，现有 VQA 面临一个重要瓶颈：较深的量子线路具有更强表达能力，但更容易受到噪声累积和 barren plateau 等优化困难影响；较浅的线路更容易训练，却可能因可达量子态空间不足而无法逼近目标态。
针对这一问题，该研究提出了一种“输入态设计”（input-state design）新方法。不同于传统方法主要优化参数化量子线路结构，该工作关注 VQA 中输入态对可达态空间的影响。研究团队引入低深度编码器V(γ)，将简单初态制备为若干计算基态的线性组合，从而在不改变原有变分线路U(θ)主体结构的情况下，重新塑造线路的可达态空间，使目标态更容易被同一量子线路访问。
在理论上，研究团队证明了输入态线性组合可系统提升目标态保真度的定理，为该方法增强 VQA 可达性提供了严格依据。在数值验证中，该方法被应用于一维和二维横场 Ising 模型、cluster-Ising 模型以及 Fermi-Hubbard 模型的基态制备。结果表明，在相同或相近量子资源下，输入态设计方法相较传统硬件高效 ansatz（HEA）和 Hamiltonian variational ansatz（HVA）能够获得更高保真度和更低变分能量。例如，对于 12 比特一维横场 Ising 模型，该方法仅需 8 层线路即可达到 0.99 保真度，而传统 HEA 需要 12 层，线路深度减少约三分之一。
该工作表明，提升变分量子算法性能不一定只能依赖更深或更复杂的线路设计；通过合理设计输入态，也可以有效扩大浅层线路对目标态的可达性。这一结果为近期量子设备上的高效量子算法设计提供了新的思路，并有望应用于量子多体基态制备、量子化学模拟和复杂量子系统优化等方向。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s42005-026-02610-x
