論文の概要: Bayesian Characterization and Identifiability of Multilevel Quantum
Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.10233v1
- Date: Fri, 15 Dec 2023 22:02:54 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-19 17:48:46.625033
- Title: Bayesian Characterization and Identifiability of Multilevel Quantum
Systems
- Title（参考訳）: 多レベル量子システムのベイズ特性と同定可能性
- Authors: Sohail Reddy
- Abstract要約: クォート系の量子特性評価のためのオンラインベイズ的手法を提案する。
パラメータの点推定を行うほとんどの評価プロトコルとは異なり、提案手法は確率分布を推定することができる。
モデルパラメータの理論的同定可能性の数学的証明と,パラメータが同定可能な量子状態に関する条件を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Robust control of a quantum system is essential to utilize the current noisy
quantum hardware to their full potential, such as quantum algorithms. To
achieve such a goal, systematic search for an optimal control for any given
experiment is essential. Design of optimal control pulses require accurate
numerical models, and therefore, accurate characterization of the system
parameters. We present an online, Bayesian approach for quantum
characterization of qutrit systems which automatically and systematically
identifies the optimal experiments that provide maximum information on the
system parameters, thereby greatly reducing the number of experiments that need
to be performed on the quantum testbed. Unlike most characterization protocols
that provide point-estimates of the parameters, the proposed approach is able
to estimate their probability distribution. The applicability of the Bayesian
experimental design technique was demonstrated on test problems where each
experiment was defined by a parameterized control pulse. In addition to this,
we also presented an approach for adaptive pulse parameterization which is
robust under uncertainties in transition frequencies and coherence times, and
shot noise, despite being initialized with wide uninformative priors.
Furthermore, we provide a mathematical proof of the theoretical identifiability
of the model parameters and present conditions on the quantum state under which
the parameters are identifiable. The proof and conditions for identifiability
are presented for both closed and open quantum systems using the Schroedinger
equation and the Lindblad master equation respectively.
- Abstract（参考訳）: 量子システムのロバストな制御は、現在のノイズの多い量子ハードウェアを量子アルゴリズムのような全ポテンシャルに利用するために不可欠である。
このような目的を達成するためには,任意の実験における最適制御の体系的探索が不可欠である。
最適制御パルスの設計には正確な数値モデルが必要であるため、システムパラメータの正確なキャラクタリゼーションが必要である。
我々は,量子テストベッド上で行う必要のある実験の数を大幅に削減し,システムパラメータの最大情報を提供する最適実験を自動的かつ体系的に同定する,キュートリットシステムの量子特性評価のためのオンラインベイズ的手法を提案する。
パラメータの点推定を行うほとんどの評価プロトコルとは異なり、提案手法は確率分布を推定することができる。
パラメータ化制御パルスにより各実験が定義される試験問題に対してベイズ実験設計法の適用性を示した。
さらに, 適応パルスパラメタライゼーションのアプローチも提案した。これは遷移周波数やコヒーレンス時間, ショットノイズの不確実性に頑健であり, 広範に非形式的事前に初期化されている。
さらに、モデルパラメータの理論的識別可能性と、パラメータが識別可能な量子状態の現在の状態の数学的証明を提供する。
同定可能性の証明と条件は、それぞれschroedinger方程式とlindbladマスター方程式を用いて閉量子系と開量子系の両方に与えられる。
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