Fugu-MT 論文翻訳(概要): Circuit optimization of qubit IC-POVMs for shadow estimation

論文の概要: Circuit optimization of qubit IC-POVMs for shadow estimation

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.05676v1
Date: Mon, 9 Sep 2024 14:42:47 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2024-09-10 14:19:16.204825
Title: Circuit optimization of qubit IC-POVMs for shadow estimation
Title（参考訳）: 影推定のための量子IC-POVMの回路最適化
Authors: Zhou You, Qing Liu, You Zhou,
Abstract要約: POVMに基づくシャドウ推定は、リアルタイムのシングルセットシャドウ推定を実現するために統合されている。単一キュービットの最小IC-POVMは少なくとも2つのCNOTゲートで実装でき、SIC-POVMは1つのCNOTゲートで実装可能であることを示す。我々の研究は量子プラットフォーム上でのqubit IC-POVMの実践的応用の道を開くものである。
参考スコア（独自算出の注目度）: 3.88278764198609
License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: Extracting information from quantum systems is crucial in quantum physics and information processing. Methods based on randomized measurements, like shadow estimation, show advantages in effectively achieving such tasks. However, randomized measurements require the application of random unitary evolution, which unavoidably necessitates frequent adjustments to the experimental setup or circuit parameters, posing challenges for practical implementations. To address these limitations, positive operator-valued measurements (POVMs) have been integrated to realize real-time single-setting shadow estimation. In this work, we advance the POVM-based shadow estimation by reducing the CNOT gate count for the implementation circuits of informationally complete POVMs (IC-POVMs), in particular, the symmetric IC-POVMs (SIC-POVMs), through the dimension dilation framework. We show that any single-qubit minimal IC-POVM can be implemented using at most 2 CNOT gates, while an SIC-POVM can be implemented with only 1 CNOT gate. In particular, we provide a concise form of the compilation circuit of any SIC-POVM along with an efficient algorithm for the determination of gate parameters. Moreover, we apply the optimized circuit compilation to shadow estimation, showcasing its noise-resilient performance and highlighting the flexibility in compiling various SIC-POVMs. Our work paves the way for the practical applications of qubit IC-POVMs on quantum platforms.
Abstract（参考訳）: 量子システムから情報を抽出することは、量子物理学と情報処理において重要である。シャドー推定のようなランダム化測定に基づく手法は、そのようなタスクを効果的に達成する上での利点を示す。しかし、ランダム化された測定にはランダムなユニタリ進化の応用が必要であり、これは実験的設定や回路パラメータの頻繁な調整を必然的に必要としており、実用的な実装の課題を提起している。これらの制約に対処するため、正の演算子値測定(POVM)が統合され、リアルタイムのシングルセットシャドウ推定を実現している。本研究では,情報完備なPOVM(IC-POVM)の実装回路におけるCNOTゲート数を削減することで,POVMに基づくシャドウ推定を推し進め,特に対称なIC-POVM(SIC-POVM)を次元拡張フレームワークを通じて高速化する。単一キュービットの最小IC-POVMは少なくとも2つのCNOTゲートで実装でき、SIC-POVMは1つのCNOTゲートで実装可能であることを示す。特に,任意のSIC-POVMのコンパイル回路の簡潔な形式と,ゲートパラメータを決定するための効率的なアルゴリズムを提供する。さらに、最適化された回路コンパイルをシャドウ推定に適用し、ノイズ耐性性能を示し、様々なSIC-POVMをコンパイルする際の柔軟性を強調した。本研究は,量子プラットフォーム上でのqubit IC-POVMの実用化の道を開くものである。

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