論文の概要: Experimental sample-efficient quantum state tomography via parallel measurements

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.12614v1
• Date: Thu, 19 Sep 2024 09:34:50 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-07 14:08:12.939749
• Title: Experimental sample-efficient quantum state tomography via parallel measurements
• Title（参考訳）: 並列計測による試料高効率量子状態トモグラフィ
• Authors: Chang-Kang Hu, Chao Wei, Chilong Liu, Liangyu Che, Yuxuan Zhou, Guixu Xie, Haiyang Qin, Guantian Hu, Haolan Yuan, Ruiyang Zhou, Song Liu, Dian Tan, Tao Xin, Dapeng Yu,
• Abstract要約: 我々は、量子重畳トモグラフィ(PQST)にインスパイアされた効率的な量子状態トモグラフィー法を開発した。 PQSTは測定回数を大幅に削減し、ショットノイズに対してより多くの効果を提供する。 その結果,PQSTは測定コストを低減し,75および99の観測可能な6kbitおよび9kbitのW状態から98.68%,95.07%の忠実度を得た。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.360899052429859
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Quantum state tomography (QST) via local measurements on reduced density matrices (LQST) is a promising approach but becomes impractical for large systems. To tackle this challenge, we developed an efficient quantum state tomography method inspired by quantum overlapping tomography [Phys. Rev. Lett. 124, 100401(2020)], which utilizes parallel measurements (PQST). In contrast to LQST, PQST significantly reduces the number of measurements and offers more robustness against shot noise. Experimentally, we demonstrate the feasibility of PQST in a tree-like superconducting qubit chip by designing high-efficiency circuits, preparing W states, ground states of Hamiltonians and random states, and then reconstructing these density matrices using full quantum state tomography (FQST), LQST, and PQST. Our results show that PQST reduces measurement cost, achieving fidelities of 98.68\% and 95.07\% after measuring 75 and 99 observables for 6-qubit and 9-qubit W states, respectively. Furthermore, the reconstruction of the largest density matrix of the 12-qubit W state is achieved with the similarity of 89.23\% after just measuring $243$ parallel observables, while $3^{12}=531441$ complete observables are needed for FQST. Consequently, PQST will be a useful tool for future tasks such as the reconstruction, characterization, benchmarking, and properties learning of states.
• Abstract（参考訳）: 還元密度行列(LQST)の局所測定による量子状態トモグラフィ(QST)は有望なアプローチであるが、大規模システムでは実用的ではない。 この課題に対処するために、並列測定(PQST)を用いた量子重畳トモグラフィー(Phys. Rev. 124, 100401(2020))]に着想を得た効率的な量子状態トモグラフィー法を開発した。 LQSTとは対照的に、PQSTは測定回数を大幅に削減し、ショットノイズに対してより堅牢性を提供する。 実験により、高効率回路を設計し、W状態、ハミルトン状態およびランダム状態の基底状態を作成し、フル量子状態トモグラフィー(FQST)、LQST、PQSTを用いてこれらの密度行列を再構成することにより、木状超伝導量子ビットチップにおけるPQSTの実現可能性を示す。 以上の結果から,PQSTは測定コストを低減し,75および99の観測可能な6キュービットおよび9キュービットのW状態の忠実度を98.68\%,95.07\%とした。 さらに、12量子W状態の最大の密度行列の再構成は、243$並列観測可能度を測った後に89.23\%の類似性で達成され、FQSTには3^{12}=531441$完全観測可能度が必要である。 その結果、PQSTは、状態の再構築、評価、ベンチマーク、プロパティ学習といった将来のタスクに有用なツールとなる。

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