論文の概要: Quantum Sequential Universal Hypothesis Testing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.21594v1
• Date: Fri, 29 Aug 2025 12:50:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-01 19:45:11.052032
• Title: Quantum Sequential Universal Hypothesis Testing
• Title（参考訳）: 量子シークエンシャルユニバーサル仮説テスト
• Authors: Matteo Zecchin, Osvaldo Simeone, Aaditya Ramdas,
• Abstract要約: 量子仮説テスト(QHT)は、未知の量子状態の統計的推測に関するものである。 本稿では, 量子シーケンシャルユニバーサルテスト(QSUT)を紹介し, 合成仮説の一般的な場合において, シーケンシャルQHTのための新しいフレームワークを提案する。 QSUTは普遍的推論に基づいて構築され、仮説空間の探索を目的とした適応的局所測定と、最大判別に最適化された共同測定とを交互に行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 62.751483592497806
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Quantum hypothesis testing (QHT) concerns the statistical inference of unknown quantum states. In the general setting of composite hypotheses, the goal of QHT is to determine whether an unknown quantum state belongs to one or another of two classes of states based on the measurement of a number of copies of the state. Prior art on QHT with composite hypotheses focused on a fixed-copy two-step protocol, with state estimation followed by an optimized joint measurement. However, this fixed-copy approach may be inefficient, using the same number of copies irrespective of the inherent difficulty of the testing task. To address these limitations, we introduce the quantum sequential universal test (QSUT), a novel framework for sequential QHT in the general case of composite hypotheses. QSUT builds on universal inference, and it alternates between adaptive local measurements aimed at exploring the hypothesis space and joint measurements optimized for maximal discrimination. QSUT is proven to rigorously control the type I error under minimal assumptions about the hypothesis structure. We present two practical instantiations of QSUT, one based on the Helstrom-Holevo test and one leveraging shallow variational quantum circuits. Empirical results across a range of composite QHT tasks demonstrate that QSUT consistently reduces copy complexity relative to state-of-the-art fixed-copy strategies.
• Abstract（参考訳）: 量子仮説テスト(QHT)は、未知の量子状態の統計的推測に関するものである。 複合仮説の一般的な設定において、QHTの目標は、未知の量子状態が状態のコピー数の測定に基づいて、2つのクラスの状態の1つまたはもう1つに属するかどうかを決定することである。 合成仮説を用いたQHTの先行技術は、固定コピー2段階プロトコルに焦点を合わせ、状態推定に続いて最適化された関節測定を行った。 しかし、この固定コピーアプローチは、テストタスクの固有の困難に関係なく、同じ数のコピーを使用することで非効率である可能性がある。 これらの制約に対処するために、合成仮説の一般的な場合において、シーケンシャルQHTのための新しいフレームワークである量子シーケンシャルユニバーサルテスト(QSUT)を導入する。 QSUTは普遍的推論に基づいて構築され、仮説空間の探索を目的とした適応的局所測定と、最大判別に最適化された共同測定とを交互に行う。 QSUTは仮説構造に関する最小の仮定の下で、I型エラーを厳格に制御することが証明されている。 本稿では,Helstrom-Holevoテストに基づくQSUTと浅変分量子回路を利用したQSUTの2つの実用的なインスタンス化を提案する。 様々な複合QHTタスクに対する実験結果から、QSUTは最先端の固定コピー戦略と比較してコピー複雑性を一貫して減少させることが示された。

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