論文の概要: Reconstructing Real-Valued Quantum States
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.06455v1
- Date: Fri, 09 May 2025 22:12:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-13 20:21:48.848518
- Title: Reconstructing Real-Valued Quantum States
- Title（参考訳）: 実値量子状態の再構成
- Authors: Zhixin Song, Hang Ren, Melody Lee, Bryan Gard, Nicolas Renaud, Spencer H. Bryngelson,
- Abstract要約: 状態ベクトル再構成に必要な測定設定を$O(N_mathrmq)$に削減する,実数値量子状態の新しい読み出し手法を提案する。
我々は,最新のIBM量子プロセッサ上で最大10kbitの手法を実験的に検証し,エンタングルメントやマジックなどの重要な特性を正確に抽出できることを実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.089686736734106
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum tomography is a crucial tool for characterizing quantum states and devices and estimating nonlinear properties of the systems. Performing full quantum state tomography (FQST) on an $N_\mathrm{q}$ qubit system requires an exponentially increasing overhead with $O(3^{N_\mathrm{q}})$ distinct Pauli measurement settings to resolve all complex phases and reconstruct the density matrix. However, many appealing applications of quantum computing, such as quantum linear system algorithms, require only real-valued amplitudes. Here we introduce a novel readout method for real-valued quantum states that reduces measurement settings required for state vector reconstruction to $O(N_\mathrm{q})$, while the post-processing cost remains exponential. This approach offers a substantial speedup over conventional tomography. We experimentally validate our method up to 10~qubits on the latest available IBM quantum processor and demonstrate that it accurately extracts key properties such as entanglement and magic. Our method also outperforms the standard SWAP test for state overlap estimation. This calculation resembles a numerical integration in certain cases and can be applied to extract nonlinear properties, which are important in application fields.
- Abstract（参考訳）: 量子トモグラフィーは、量子状態とデバイスを特徴づけ、システムの非線形特性を推定するための重要なツールである。
フル量子状態トモグラフィ(FQST)を$N_\mathrm{q}$ qubitシステムで実行するには、複雑な位相を全て解決し密度行列を再構築するために、$O(3^{N_\mathrm{q}})$の異なるパウリ測定設定で指数関数的に増加するオーバーヘッドが必要となる。
しかし、量子線形系アルゴリズムのような量子コンピューティングの魅力的な応用の多くは、実数値振幅しか必要としない。
ここでは、状態ベクトル再構成に必要な測定設定を$O(N_\mathrm{q})$に減らし、後処理コストを指数関数的に抑える、実数値量子状態の新しい読み出し方法を提案する。
このアプローチは従来のトモグラフィよりも大幅にスピードアップする。
我々は、最新のIBM量子プロセッサで最大10量子ビットの手法を実験的に検証し、エンタングルメントやマジックなどの重要な特性を正確に抽出できることを実証した。
また,本手法は状態重なり推定のための標準SWAPテストよりも優れている。
この計算は、ある場合において数値積分に似ており、応用分野において重要な非線形特性の抽出に応用できる。
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