論文の概要: Resource-efficient Direct Characterization of General Density Matrix
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.06903v2
- Date: Sun, 14 Jul 2024 05:03:42 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-17 05:28:16.750057
- Title: Resource-efficient Direct Characterization of General Density Matrix
- Title（参考訳）: 一般密度マトリックスの資源効率直接評価
- Authors: Liang Xu, Mingti Zhou, Runxia Tao, Zhipeng Zhong, Ben Wang, Zhiyong Cao, Hongkuan Xia, Qianyi Wang, Hao Zhan, Aonan Zhang, Shang Yu, Nanyang Xu, Ying Dong, Changliang Ren, Lijian Zhang,
- Abstract要約: 逐次弱測定により、密度行列全体を世界規模で再構成するのではなく、個々の密度行列要素を直接抽出することができる。
汎用マルチキュージットシステムの密度行列を直接特徴付けるリソース効率の手法(RES)を提案する。
我々はRESを一般の単一光子クォート状態と2光子絡み状態の直接的評価に実験的に適用した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.147208307495442
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Sequential weak measurements allow the direct extraction of individual density-matrix elements instead of globally reconstructing the whole density matrix, opening a new avenue for the characterization of quantum systems. Nevertheless, the requirement of multiple coupling for each qudit of quantum systems and the lack of appropriate precision evaluation constraint its applicability extension, especially for multi-qudit quantum systems. Here, we propose a resource-efficient scheme (RES) to directly characterize the density matrix of general multi-qudit systems, which not only optimizes the measurements but also establishes a feasible estimation analysis. In this scheme, an efficient observable of quantum system is constructed such that a single meter state coupled to each qudit is sufficient to extract the corresponding density-matrix element. An appropriate model based on the statistical distribution of errors are used to evaluate the precision and feasibility of the scheme. We experimentally apply the RES to the direct characterization of general single-photon qutrit states and two-photon entangled states. The results show that the RES outperforms the sequential schemes in terms of efficiency and precision in both weak- and strong- coupling scenarios. This work sheds new light on the practical characterization of large-scale quantum systems and investigation of their non-classical properties.
- Abstract（参考訳）: 逐次弱測定により、密度行列全体を世界規模で再構成する代わりに、個々の密度行列要素を直接抽出することができ、量子系のキャラクタリゼーションのための新たな道を開くことができる。
それでも、量子系の各キューディットに対する多重結合の必要性と適切な精度評価の欠如は、その適用性の拡張、特にマルチキューディット量子系に制約を与える。
本稿では,一般マルチキュージットシステムの密度行列を直接特徴付ける資源効率向上手法(RES)を提案する。
このスキームでは、量子系の効率的な観測が可能であり、各キューディットに結合した1メートル状態が、対応する密度行列要素を抽出するのに十分である。
誤差の統計的分布に基づく適切なモデルを用いて、スキームの精度と実現可能性を評価する。
我々はRESを一般の単一光子クォート状態と2光子絡み状態の直接的評価に実験的に適用した。
その結果、RESは弱結合シナリオと強結合シナリオの両方において、効率と精度の点でシーケンシャルなスキームよりも優れていた。
この研究は、大規模量子システムの実用的特性と、その非古典的性質の研究に新たな光を当てている。
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