論文の概要: Retrieving non-linear features from noisy quantum states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.11403v1
• Date: Wed, 20 Sep 2023 15:28:18 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-21 15:40:43.710841
• Title: Retrieving non-linear features from noisy quantum states
• Title（参考訳）: ノイズ量子状態からの非線形特徴の回収
• Authors: Benchi Zhao, Mingrui Jing, Lei Zhang, Xuanqiang Zhao, Kun Wang, Xin Wang
• Abstract要約: 本稿では,ノイズ状態から高次モーメントを抽出する実現可能性と効率について分析する。 まず、基礎となるノイズチャネルが可逆である場合に限り、このタスクを達成できる量子プロトコルが存在することを示す。 我々の研究は、量子ノイズが高次情報抽出にどのように影響するかを深く理解し、それに取り組むためのガイダンスを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.562874946090883
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Accurately estimating high-order moments of quantum states is an elementary precondition for many crucial tasks in quantum computing, such as entanglement spectroscopy, entropy estimation, spectrum estimation and predicting non-linear features from quantum states. But in reality, inevitable quantum noise prevents us from accessing the desired value. In this paper, we address this issue by systematically analyzing the feasibility and efficiency of extracting high-order moments from noisy states. We first show that there exists a quantum protocol capable of accomplishing this task if and only if the underlying noise channel is invertible. We then establish a method for deriving protocols that attain optimal sample complexity using quantum operations and classical post-processing only. Our protocols, in contrast to conventional ones, incur lower overheads and avoid sampling different quantum operations due to a novel technique called observable shift, making the protocols strong candidates for practical usage on current quantum devices. The proposed method also indicates the power of entangled protocols in retrieving high-order information, whereas in the existing methods, entanglement does not help. Our work contributes to a deeper understanding of how quantum noise could affect high-order information extraction and provides guidance on how to tackle it.
• Abstract（参考訳）: 量子状態の高次モーメントを正確に推定することは、エンタングルメントスペクトロスコピー、エントロピー推定、スペクトル推定、量子状態からの非線形特徴の予測など、量子コンピューティングにおける多くの重要なタスクの基本的な前提条件である。 しかし実際には、避けられない量子ノイズは、所望の値へのアクセスを妨げます。 本稿では,ノイズの多い状態から高次モーメントを抽出する可能性と効率を体系的に解析することにより,この問題に対処する。 まず、基礎となるノイズチャネルが可逆である場合に限り、このタスクを達成できる量子プロトコルが存在することを示す。 次に、量子演算と古典的後処理のみを用いて最適なサンプル複雑性を実現するプロトコルを導出する手法を確立する。 従来のプロトコルとは対照的に、観測可能なシフトと呼ばれる新しい技術により、オーバヘッドが低くなり、異なる量子操作のサンプリングが避けられ、現在の量子デバイスで実用化される候補が強くなる。 提案手法は,高次情報検索における絡み合いプロトコルのパワーを示すが,既存の手法では絡み合いは役に立たない。 我々の研究は、量子ノイズが高次情報抽出にどのように影響するかを深く理解し、それに取り組むためのガイダンスを提供する。

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