量子计算机被认为能够以远超传统计算机的速度解决特定问题，这种能力被称为“量子优势”。但仅仅拥有一台量子计算机，并不意味着必然能实现这种优势——真正关键在于量子比特（qubit）的制备方式。
不同的量子比特组合形成不同的量子态（quantum state）。其中只有少数量子态具备实现量子优势的特殊属性。其中一种被称为 “非稳定性”（nonstabilizerness），更通俗的叫法是“魔法特性（magic）”。一个量子态拥有的“魔法”越多，就越有可能支持更强大的非常规计算。
在最近发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）的一项研究中，上海纽约大学物理学副教授Tim Byrnes团队提出了一种更快、更通用的方法来测量量子态的“魔法特性”，即使在嘈杂的现实量子系统中也能适用。
“此前已有一些方法可以测量‘魔法’，但它们往往只适用于纯净的量子态；一旦状态变得复杂，效率就会急剧下降。” 论文合著者、上海纽约大学计算机科学访问副教授Chandrashekar Radhakrishnan介绍道。“我们的方法不仅适用于纯态，也适用于混合态，而且效率更高。”
研究团队的方法引入了一种数学工具——“魔法单调量”（magic monotone）。它既能判断一个量子态是否具有“魔法”，也能量化其“魔法”的程度。其核心原理源自几何学：所有“无魔法”的量子态构成一个被称为“稳定子多面体”（stabilizer polytope）的几何体。量子态与这个多面体的距离，反映了它所包含的“魔法”多少。
“难点在于，高维空间中没法直接画出这个几何体。”Radhakrishnan教授解释说，“我们必须找到合适的数学表达，并设计高效的算法来计算。”
实验验证显示，这一方法不仅有效，而且速度远快于传统技术。
“掌握如何测量一种量子资源，是开发利用它的第一步。”Byrnes教授表示，“借助这一工具，我们能够探索更多由‘魔法特性’直接驱动的量子应用。”
团队希望，“魔法单调量”能帮助科研人员识别最适合用于量子计算、量子加密和量子模拟的量子态，从而推动量子设备的性能达到新高度。