論文の概要: Experimental Hybrid Shadow Tomography and Distillation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.11850v1
• Date: Thu, 18 Apr 2024 01:57:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-04-19 19:50:54.509671
• Title: Experimental Hybrid Shadow Tomography and Distillation
• Title（参考訳）: ハイブリッドシャドウトモグラフィーと蒸留
• Authors: Xu-Jie Peng, Qing Liu, Lu Liu, Ting Zhang, You Zhou, He Lu,
• Abstract要約: 我々は,光学系における非線形関数推定における計測コストを低減するため,高度なシャドウプロトコル,いわゆるハイブリッドシャドウ(HS)トモグラフィーを実装した。 これらの高次関数を用いて仮想蒸留を行い、2つのノイズコピーから高純度量子状態を効果的に抽出する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.860120457477594
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Characterization of quantum states is a fundamental requirement in quantum science and technology. As a promising framework, shadow tomography shows significant efficiency in estimating linear functions, however, for the challenging nonlinear ones, it requires measurements at an exponential cost. Here, we implement an advanced shadow protocol, so-called hybrid shadow~(HS) tomography, to reduce the measurement cost in the estimation of nonlinear functions in an optical system. We design and realize a deterministic quantum Fredkin gate with single photon, achieving high process fidelity of $0.935\pm0.001$. Utilizing this novel Fredkin gate, we demonstrate HS in the estimations, like the higher-order moments up to 4, and reveal that the sample complexity of HS is significantly reduced compared with the original shadow protocol. Furthermore, we utilize these higher-degree functions to implement virtual distillation, which effectively extracts a high-purity quantum state from two noisy copies. The virtual distillation is also verified in a proof-of-principle demonstration of quantum metrology, further enhancing the accuracy of parameter estimation. Our results suggest that HS is efficient in state characterization and promising for quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 量子状態のキャラクタリゼーションは、量子科学とテクノロジーの基本的な要件である。 有望なフレームワークとして、影トモグラフィーは線形関数を推定する上で大きな効率性を示すが、困難な非線形関数に対しては指数的なコストで測定する必要がある。 そこで我々は,光学系における非線形関数推定における測定コストを低減するため,高度なシャドウプロトコル,いわゆるハイブリッドシャドウ〜(HS)トモグラフィーを実装した。 我々は、単一光子を持つ決定論的量子フレドキンゲートを設計し、実現し、0.935\pm0.001$の高プロセス忠実性を実現する。 この新しいフレドキンゲートを用いることで,高次モーメントの最大4倍のHSを推定し,従来のシャドウプロトコルと比較して試料の複雑さが著しく低下していることを明らかにする。 さらに、これらの高次関数を用いて仮想蒸留を行い、2つのノイズコピーから高純度量子状態を効果的に抽出する。 仮想蒸留は量子力学の実証実験でも検証され、パラメータ推定の精度がさらに高められる。 以上の結果から,HSは状態特性において効率的であり,量子技術に有望であることが示唆された。

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