量子设备正变得越来越复杂和强大，但是这也让表征量子设备变得越发困难。现在，因斯布鲁克大学的研究人员与林茨大学和悉尼科技大学的研究人员合作，他们提出了一种仅使用单一测量设置即可表征大型量子计算机的方法。

表征量子设备的黄金标准是所谓的量子断层扫描，它类似于医学断层扫描，可以从系统的一系列快照中拼绘出量子系统的完整图像。在提供大量见解的同时，断层扫描所需的测量次数会迅速增加，每增加一个量子比特所需的测量次数就要增加三倍。由于执行所有这些测量需要大量的时间，断层扫描只能在具有少数量子比特的设备上进行。然而，量子计算机现在已经成功地扩大了系统规模，并远远超出了断层扫描的能力范围，这让对量子计算机进行表征成为了一个令人生畏的瓶颈。

由因斯布鲁克大学实验物理系的Martin Ringbauer领导的一组物理学家团队与来自林茨大学和悉尼科技大学的理论物理学家合作，他们已开发并展示了一种实用的方法来表征——甚至是大规模的——量子系统，这种方法仅依靠单个测量设置，且与系统的大小无关。该方法是通过部分摆脱了量子计算机及其经典前身所固有的二进制计算来实现的。事实上，用于量子信息处理的原子离子的特征远不止有被人为限制的两种量子比特能级。有更多能级参与就有可能为每个粒子存储更多信息。

因斯布鲁克大学的物理学家Roman Stricker说：“将量子比特扩展到有四个能级的ququart状态，可以使我们能够一次性存储和测量断层扫描所需的全部信息。”通过将这种测量方式与最初由林茨大学的Richard Küng及其同事开发的名为“经典阴影”的数据分析方法相结合，该团队展示了一种高效的表征方法。利用这种组合技术，他们首次实现能够实时完整地表征一个8量子比特系统。Küng强调说，他们的框架有可能实现对未来大型的量子设备进行实时表征，这是朝着量子计算机可扩展性迈出的重要一步。

这种方法的主要技术挑战是将量子比特信息精确地转换为ququart的四种状态，然后在一次实验中提取它。因斯布鲁克大学的Michael Meth说：“在此之前，我们的读出能力每次检测只能区分两个能级，因此我们调整了我们的设置，以便我们可以连续检测三次以识别所有四个能级”。Thomas Monz解释说：“我们通过对快速相机读数进行编程，并采用了额外的激光冷却步骤来抵消检测引起的离子加热，并以此克服了这个问题。”（编译:Qtech）