論文の概要: Robust and efficient estimation of global quantum properties under realistic noise

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.13237v1
• Date: Thu, 17 Jul 2025 15:47:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-18 20:10:24.562987
• Title: Robust and efficient estimation of global quantum properties under realistic noise
• Title（参考訳）: 現実雑音下における大域量子特性のロバストかつ効率的な推定
• Authors: Qingyue Zhang, Dayue Qin, Zhou You, Feng Xu, Jens Eisert, You Zhou,
• Abstract要約: 制御Zを一意なエンタングゲート型としたランダム回路に基づくロバスト位相シャドウ方式を提案する。 位相影はクリフォードをベースとしたシステムの性能と一致することを示す。 本研究は, シャドーベース手法の実用性を高め, 雑音量子系の大域特性を推定するための堅牢でスケーラブルな経路を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.598445225432505
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Measuring global quantum properties -- such as the fidelity to complex multipartite states -- is both an essential and experimentally challenging task. Classical shadow estimation offers favorable sample complexity, but typically relies on many-qubit circuits that are difficult to realize on current platforms. We propose the robust phase shadow scheme, a measurement framework based on random circuits with controlled-Z as the unique entangling gate type, tailored to architectures such as trapped ions and neutral atoms. Leveraging tensor diagrammatic reasoning, we rigorously analyze the induced circuit ensemble and show that phase shadows match the performance of full Clifford-based ones. Importantly, our approach supports a noise-robust extension via purely classical post-processing, enabling reliable estimation under realistic, gate-dependent noise where existing techniques often fail. Additionally, by exploiting structural properties of random stabilizer states, we design an efficient post-processing algorithm that resolves a key computational bottleneck in previous shadow protocols. Our results enhance the practicality of shadow-based techniques, providing a robust and scalable route for estimating global properties in noisy quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 複素多部状態への忠実度などのグローバル量子特性の測定は、必須かつ実験的に難しい課題である。 古典的な影推定は、サンプルの複雑さがよいが、通常、現在のプラットフォームでは実現が難しい多くの量子ビット回路に依存している。 本稿では,固定されたイオンや中性原子などのアーキテクチャに合わせて,制御型Zを用いたランダム回路に基づくロバスト位相シャドウ方式を提案する。 テンソル図式推論を活用することで、誘導回路のアンサンブルを厳密に解析し、位相影が完全なクリフォード系回路の性能と一致することを示す。 提案手法は,従来の手法がしばしば失敗する現実的なゲート依存ノイズの下で,信頼性の高い推定を可能にする。 さらに、ランダムな安定化状態の構造的特性を利用して、従来のシャドウプロトコルにおける重要な計算ボトルネックを解決する効率的な後処理アルゴリズムを設計する。 本研究は, シャドーベース手法の実用性を高め, 雑音量子系の大域特性を推定するための堅牢でスケーラブルな経路を提供する。

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