論文の概要: QubitLens: An Interactive Learning Tool for Quantum State Tomography

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.08056v1
• Date: Mon, 12 May 2025 20:48:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-14 20:57:54.330817
• Title: QubitLens: An Interactive Learning Tool for Quantum State Tomography
• Title（参考訳）: QubitLens: 量子状態トモグラフィのための対話型学習ツール
• Authors: Mohammad Aamir Sohail, R. Ranga Sudharshan, S. Sandeep Pradhan, Arvind Rao,
• Abstract要約: 量子状態トモグラフィーは量子コンピューティングの基本的な課題であり、測定結果から未知の量子状態の再構成を含む。 量子状態トモグラフィーをよりアクセシブルで直感的にするためのインタラクティブな可視化ツールQubitLensを紹介した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.823436226004177
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum state tomography is a fundamental task in quantum computing, involving the reconstruction of an unknown quantum state from measurement outcomes. Although essential, it is typically introduced at the graduate level due to its reliance on advanced concepts such as the density matrix formalism, tensor product structures, and partial trace operations. This complexity often creates a barrier for students and early learners. In this work, we introduce QubitLens, an interactive visualization tool designed to make quantum state tomography more accessible and intuitive. QubitLens leverages maximum likelihood estimation (MLE), a classical statistical method, to estimate pure quantum states from projective measurement outcomes in the X, Y, and Z bases. The tool emphasizes conceptual clarity through visual representations, including Bloch sphere plots of true and reconstructed qubit states, bar charts comparing parameter estimates, and fidelity gauges that quantify reconstruction accuracy. QubitLens offers a hands-on approach to learning quantum tomography without requiring deep prior knowledge of density matrices or optimization theory. The tool supports both single- and multi-qubit systems and is intended to bridge the gap between theory and practice in quantum computing education.
• Abstract（参考訳）: 量子状態トモグラフィーは量子コンピューティングの基本的な課題であり、測定結果から未知の量子状態の再構成を含む。 必須ではあるが、一般には、密度行列形式、テンソル積構造、部分的トレース演算などの高度な概念に依存しているため、卒業レベルで導入される。 この複雑さは、しばしば学生や早期学習者にとって障壁となる。 本研究では、量子状態トモグラフィーをよりアクセスしやすく、直感的にするためのインタラクティブな可視化ツールQubitLensを紹介する。 QubitLensは、古典的な統計手法である最大推定(MLE)を利用して、X、Y、Z塩基の射影的な測定結果から純粋な量子状態を推定する。 このツールは視覚表現による概念的明瞭さを強調しており、真および再構成された量子ビット状態のブロッホ球プロット、パラメータ推定を比較するバーチャート、再現精度の定量化のための忠実度ゲージなどがある。 QubitLensは密度行列や最適化理論の深い知識を必要とせず、量子トモグラフィーを学ぶためのハンズオンアプローチを提供する。 このツールはシングルキュービットシステムとマルチキュービットシステムの両方をサポートし、量子コンピューティング教育における理論と実践のギャップを埋めることを目的としている。

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