論文の概要: Variational Approach to Quantum State Tomography based on Maximal
Entropy Formalism
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.02304v1
- Date: Mon, 6 Jun 2022 01:16:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-10 09:48:12.959232
- Title: Variational Approach to Quantum State Tomography based on Maximal
Entropy Formalism
- Title（参考訳）: 最大エントロピー形式に基づく量子状態トモグラフィーへの変分アプローチ
- Authors: Rishabh Gupta, Manas Sajjan, Raphael D. Levine, Sabre Kais
- Abstract要約: 我々は最大エントロピー形式を用いて、与えられた期待値の集合と一致する最小バイアスの混合量子状態を構築する。
我々は、パラメータ化量子回路とハイブリッド量子古典変動アルゴリズムを用いて、我々のレシピを短期量子デバイスで容易に実装できるようにする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.6344381605841187
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum state tomography is an integral part of quantum computation and
offers the starting point for the validation of various quantum devices. One of
the central tasks in the field of state tomography is to reconstruct with high
fidelity, the quantum states of a quantum system. From an experiment on a real
quantum device, one can obtain the mean measurement values of different
operators. With such a data as input, in this report we employ the maximal
entropy formalism to construct the least biased mixed quantum state that is
consistent with the given set of expectation values. Even though in principle,
the reported formalism is quite general and should work for an arbitrary set of
observables, in practice we shall demonstrate the efficacy of the algorithm on
an informationally complete (IC) set of Hermitian operators. Such a set
possesses the advantage of uniquely specifying a single quantum state from
which the experimental measurements have been sampled and hence renders the
rare opportunity to not only construct a least-biased quantum state but even
replicate the exact state prepared experimentally within a preset tolerance.
The primary workhorse of the algorithm is re-constructing an energy function
which we designate as the effective Hamiltonian of the system, and
parameterizing it with Lagrange multipliers, according to the formalism of
maximal entropy. These parameters are thereafter optimized variationally so
that the reconstructed quantum state of the system converges to the true
quantum state within an error threshold. To this end, we employ a parameterized
quantum circuit and a hybrid quantum-classical variational algorithm to obtain
such a target state making our recipe easily implementable on a near-term
quantum device.
- Abstract（参考訳）: 量子状態トモグラフィーは量子計算の不可欠な部分であり、様々な量子デバイスを検証するための出発点を提供する。
状態トモグラフィーの分野における中心的な課題の1つは、量子系の量子状態である高忠実度で再構成することである。
実量子デバイス上の実験から、異なる演算子の平均測定値を得ることができる。
このようなデータを入力として、この報告では最大エントロピー形式を用いて、与えられた期待値の集合と一致する最小バイアスの混合量子状態を構築する。
原則として、報告された形式主義は極めて一般的であり、任意の観測可能な集合に対して働くべきであるが、実際には、エルミート作用素の情報完全(ic)集合上でアルゴリズムの有効性を実証する。
このような集合は、実験的な測定がサンプリングされた単一の量子状態を一意に特定する利点があり、したがって、最小バイアスの量子状態を構築するだけでなく、プリセットの許容範囲内で実験的に準備された正確な状態を複製する稀な機会を与える。
アルゴリズムの主な作業は、システムの有効ハミルトニアンとして指定したエネルギー関数を再構成し、最大エントロピーの形式主義に従ってラグランジュ乗算器でパラメータ化することである。
これらのパラメータは変分的に最適化され、システムの再構成された量子状態が誤差しきい値内で真の量子状態に収束する。
そこで本研究では,パラメータ化量子回路とハイブリッド量子古典変分アルゴリズムを用いて,近い将来の量子デバイスで容易に実装可能なターゲット状態を得る。
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