論文の概要: Real-time preparation and verification of nonstabilizer states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.11180v1
• Date: Tue, 15 Jul 2025 10:36:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-16 19:46:03.078495
• Title: Real-time preparation and verification of nonstabilizer states
• Title（参考訳）: 非安定化剤状態のリアルタイム準備と検証
• Authors: Jian Li, Ye-Chao Liu, Xiao-Xiao Chen, Zhe Meng, Xing-Yan Fan, Wen-Hao Wang, Jie Ma, An-Ning Zhang, Jiangwei Shang,
• Abstract要約: 修正された均質戦略を用いて3ビット非安定化器$W$状態を検証するためのプロトコルを実験的に実証した。 必要なコピー数と不忠実度を1.39ドルとすることで効率の良い検証を実現し、標準的な量子限界を2ドルと上回った。 この研究は、QSVが状態準備を積極的に支援し、リアルタイム量子状態工学のためのフルトモグラフィーに代わる強力で資源効率の良い代替品として確立した最初の実験的デモンストレーションである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.098107477592453
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Entanglement lies at the heart of quantum information science, serving as a key resource for quantum communication, computation, and metrology. Consequently, high-precision entangled state preparation and efficient verification are essential for practical quantum technologies. Quantum state verification (QSV) has recently gained much attention as an efficient and experiment-friendly approach for verifying entangled states. In this work, we experimentally demonstrate a QSV protocol for verifying three-qubit nonstabilizer $W$ state via a modified homogeneous strategy. Notably, our implementation extends QSV beyond its standard role by integrating the state preparation process, thus guiding and validating the real-time generation of high-fidelity target states. Specifically, we realize the efficient verification with a favorable scaling of the required number of copies versus infidelity as $-1.39$, outperforming the standard quantum limit of $-2$. Meanwhile, a fidelity of $97.07(\pm 0.26)\%$ via direct estimation is achieved using only $9$ measurement settings and $10^4$ samples, which is independently confirmed by quantum state tomography to be $98.58(\pm 0.12)\%$ with approximately $10^6$ measurements. This work presents the first experimental demonstration of QSV actively assisted with state preparation, establishing it as a powerful and resource-efficient alternative to full tomography for real-time quantum state engineering.
• Abstract（参考訳）: 絡み合いは量子情報科学の中心にあり、量子通信、計算、気象学の鍵となる資源となっている。 したがって、量子技術において、高精度な絡み合った状態の準備と効率的な検証が不可欠である。 量子状態検証(QSV)は、近年、絡み合った状態を検証するための効率的で実験しやすいアプローチとして注目されている。 本研究では, 修正同種戦略を用いて3量子非安定化器$W$状態を検証するためのQSVプロトコルを実験的に実証する。 特に,本実装では,QSVを標準的役割を超えて,状態準備プロセスを統合することで,高忠実度目標状態のリアルタイム生成を指導し,検証する。 具体的には、必要なコピー数と不忠実度とのスケーリングを1.39ドルとすることで効率のよい検証を実現し、標準的な量子限界を2ドルと上回った。 一方、直接推定による9,7.07(\pm 0.26)\%の忠実度は、9$測定設定と10^4$サンプルのみを使用して達成され、これは量子状態トモグラフィーによって独立に、約10^6$測定で9,8.58(\pm 0.12)\%の精度で確認される。 この研究は、QSVが状態準備を積極的に支援し、リアルタイム量子状態工学のためのフルトモグラフィーに代わる強力で資源効率の良い代替品として確立した最初の実験的デモンストレーションである。

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