論文の概要: Quantum Fidelity Estimation in the Resource Theory of Nonstabilizerness

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.12938v1
• Date: Sun, 15 Jun 2025 18:51:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-17 17:28:47.113991
• Title: Quantum Fidelity Estimation in the Resource Theory of Nonstabilizerness
• Title（参考訳）: 非安定化性資源理論における量子忠実度推定
• Authors: Zhiping Liu, Kun Wang, Xin Wang,
• Abstract要約: ノイズの多い量子デバイス上での 量子状態とプロセスのベンチマークには 忠実度推定が不可欠です 我々は,非安定化器性に関する資源理論において,量子状態とチャネルの両方の効率的なプロトコルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.386506926570442
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum fidelity estimation is essential for benchmarking quantum states and processes on noisy quantum devices. While stabilizer operations form the foundation of fault-tolerant quantum computing, non-stabilizer resources further enable universal quantum computation through state injection. In this work, we propose several efficient fidelity estimation protocols for both quantum states and channels within the resource theory of nonstabilizerness, focusing on qudit systems with odd prime dimensions. Our protocols require measuring only a constant number of phase-space point operator expectation values, with operators selected randomly according to an importance weighting scheme tailored to the target state. Notably, we demonstrate that mathematically defined nonstabilizerness measures--such as Wigner rank and mana--quantify the sample complexity of the proposed protocols, thereby endowing them with a clear operational interpretation in the fidelity estimation task. This connection reveals a fundamental trade-off: while fidelity estimation for general quantum states and channels requires resources that scale exponentially with their nonstabilizerness, the task remains tractable for states and channels that admit efficient classical simulation.
• Abstract（参考訳）: 量子忠実度推定は、ノイズの多い量子デバイス上での量子状態とプロセスのベンチマークに不可欠である。 安定化器演算がフォールトトレラント量子コンピューティングの基礎となる一方で、非安定化器資源は状態注入による普遍的な量子計算を可能にしている。 本研究では, ランダムな素数次元を持つキューディット系に着目し, 非安定化器の資源理論における量子状態とチャネルの両方に対する効率的な忠実度推定プロトコルを提案する。 本プロトコルでは,一定数の位相空間点演算子期待値のみを計測し,演算子を対象状態に合わせて重み付けした重要重み付け方式によりランダムに選択する。 特に,Wigner ランクや mana などの数学的に定義された非安定化度は,提案したプロトコルのサンプルの複雑さを定量化し,忠実度推定タスクにおいて明確な操作的解釈を付与することを示した。 この接続は基本的なトレードオフを明らかにしている: 一般的な量子状態とチャネルに対する忠実度推定は、非安定度で指数関数的にスケールするリソースを必要とするが、このタスクは、効率的な古典的シミュレーションを許容する状態やチャネルに対しては、引き続きトラクタブルである。

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