論文の概要: Efficient quantum tomography of a polynomial subspace

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.00255v1
• Date: Sat, 01 Mar 2025 00:09:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-05 19:17:36.727022
• Title: Efficient quantum tomography of a polynomial subspace
• Title（参考訳）: 多項式部分空間の効率的な量子トモグラフィ
• Authors: Yat Wong, Ming Yuan, Kevin He, Srivatsan Chakram, Alireza Seif, David I. Schuster, Liang Jiang,
• Abstract要約: 直接忠実度推定(DFE)に基づく部分量子トモグラフィー法を開発した。 本研究は, 様々な状態に対して, 利用可能な測定値の異なるセットを用いて, このアプローチの効率性について検討する。 この方法は、制限された力学を持つ量子系を特徴づけるなど、多くの状況で応用できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.174725971516818
• License:
• Abstract: Quantum tomography is crucial for characterizing the quantum states of multipartite systems, but its practicality is often limited by the exponentially large dimension of the Hilbert space. Most existing approaches, such as compressed sensing and tensor network-based tomography, impose structural constraints on the state to enable more resource-efficient characterization. However, not all physical states can be well-approximated with highly structured states. Here, we develop a partial quantum tomography method based on direct fidelity estimation (DFE) that focuses on a neighborhood subspace -- the subspace spanned by states physically close to a given target state. Using this generalized DFE method, we estimate elements of the density operator within this subspace in a self-verifying manner. We investigate the efficiency of this approach under different sets of available measurements for various states and find that the set of available measurements significantly impacts the cost of DFE. For example, we show that Pauli measurements alone are insufficient for performing efficient DFE on all product states, whereas the full set of product measurements is sufficient. This method can be applied in many situations, including characterizing quantum systems with confined dynamics and verifying preparations of quantum states and processes.
• Abstract（参考訳）: 量子トモグラフィーは多部系の量子状態の特徴付けに不可欠であるが、その実用性はヒルベルト空間の指数的に大きな次元によって制限されることが多い。 圧縮センシングやテンソルネットワークベースのトモグラフィといった既存のアプローチは、よりリソース効率の良い特性を実現するために、状態に構造的制約を課している。 しかし、全ての物理的状態が高度に構造化された状態とよく近似できるわけではない。 そこで本研究では, 局所量子トモグラフィー手法を開発し, 直接忠実度推定(DFE)に基づく局所量子トモグラフィー手法を提案する。 この一般化DFE法を用いて、この部分空間内の密度演算子の要素を自己検証的に推定する。 様々な状態の異なる測定値のセットで, 本手法の有効性について検討し, DFEのコストに有意な影響があることを見出した。 例えば、パウリ測定だけでは全ての製品状態において効率的なDFEを実現するには不十分であるが、製品測定の完全なセットは十分である。 この方法は、制限された力学で量子システムを特徴づけたり、量子状態やプロセスの準備を検証するなど、多くの状況で適用することができる。

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