論文の概要: Characterizing quantum instruments: from non-demolition measurements to
quantum error correction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.06954v1
- Date: Wed, 13 Oct 2021 18:00:13 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-11 14:25:33.728397
- Title: Characterizing quantum instruments: from non-demolition measurements to
quantum error correction
- Title（参考訳）: 量子機器のキャラクタリゼーション-非劣化測定から量子誤差補正まで
- Authors: Roman Stricker, Davide Vodola, Alexander Erhard, Lukas Postler,
Michael Meth, Martin Ringbauer, Philipp Schindler, Rainer Blatt, Markus
M\"uller and Thomas Monz
- Abstract要約: 量子情報処理では、量子演算はしばしば古典的なデータをもたらす測定とともに処理される。
非単位の動的プロセスは、一般的な量子チャネルの記述が時間進化を記述するのに失敗するシステムで起こりうる。
量子測定は古典的な出力と測定後の量子状態の両方を計測するいわゆる量子機器によって正しく扱われる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 48.43720700248091
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In quantum information processing quantum operations are often processed
alongside measurements which result in classical data. Due to the information
gain of classical measurement outputs non-unitary dynamical processes can take
place on the system, for which common quantum channel descriptions fail to
describe the time evolution. Quantum measurements are correctly treated by
means of so-called quantum instruments capturing both classical outputs and
post-measurement quantum states. Here we present a general recipe to
characterize quantum instruments alongside its experimental implementation and
analysis. Thereby, the full dynamics of a quantum instrument can be captured,
exhibiting details of the quantum dynamics that would be overlooked with common
tomography techniques. For illustration, we apply our characterization
technique to a quantum instrument used for the detection of qubit loss and
leakage, which was recently implemented as a building block in a quantum error
correction (QEC) experiment (Nature 585, 207-210 (2020)). Our analysis reveals
unexpected and in-depth information about the failure modes of the
implementation of the quantum instrument. We then numerically study the
implications of these experimental failure modes on QEC performance, when the
instrument is employed as a building block in QEC protocols on a logical qubit.
Our results highlight the importance of careful characterization and modelling
of failure modes in quantum instruments, as compared to simplistic
hardware-agnostic phenomenological noise models, which fail to predict the
undesired behavior of faulty quantum instruments. The presented methods and
results are directly applicable to generic quantum instruments.
- Abstract（参考訳）: 量子情報処理では、量子演算はしばしば古典的データをもたらす測定と共に処理される。
古典的測定結果の情報ゲインのため、非ユニタリな力学過程はシステム上で行われ、一般的な量子チャネル記述は時間発展を記述できない。
量子測定は古典的な出力と測定後の量子状態の両方を計測するいわゆる量子機器によって正しく扱われる。
ここでは、量子機器をその実験的実装と解析と共に特徴付ける一般的なレシピを示す。
これにより、量子楽器の完全なダイナミクスを捉えることができ、共通のトモグラフィ技術で見過ごされる量子力学の詳細を示すことができる。
本稿では,量子誤り補正(QEC)実験(Nature 585, 207-210 (2020))におけるビルディングブロックとして最近実装された,量子ビット損失とリークの検出に用いる量子機器に,本手法を適用した。
本研究では,量子楽器実装の故障モードに関する予期せぬ詳細情報を明らかにする。
次に,QECプロトコルの論理量子ビット上のビルディングブロックとして,これらの実験故障モードがQEC性能に与える影響を数値的に研究する。
本研究は,量子楽器における故障モードの注意深い特徴付けとモデル化の重要性を浮き彫りにしており,故障した量子楽器の好ましくない挙動を予測できない,ハードウェア非依存な現象論的ノイズモデルと比較した。
提案手法と結果は、汎用量子機器に直接適用することができる。
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