論文の概要: Unified formalism and adaptive algorithms for optimal quantum state, detector and process tomography
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.05988v1
- Date: Sun, 07 Sep 2025 09:27:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-09 14:07:03.806273
- Title: Unified formalism and adaptive algorithms for optimal quantum state, detector and process tomography
- Title（参考訳）: 最適量子状態、検出器およびプロセストモグラフィのための統一形式と適応アルゴリズム
- Authors: Shuixin Xiao, Xiangyu Wang, Yuanlong Wang, Zhibo Hou, Jun Zhang, Ian R. Petersen, Wen-Zhe Yan, Hidehiro Yonezawa, Franco Nori, Guo-Yong Xiang, Daoyi Dong,
- Abstract要約: 量子状態、検出器、プロセストモグラフィーの不忠実度を1-F(hat S,S)$で統一する。
本研究では,状態,検出器,プロセストモグラフィーのための適応アルゴリズムを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.11722393156109
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum tomography is a standard technique for characterizing, benchmarking and verifying quantum systems/devices and plays a vital role in advancing quantum technology and understanding the foundations of quantum mechanics. Achieving the highest possible tomography accuracy remains a central challenge. Here we unify the infidelity metrics for quantum state, detector and process tomography in a single index $1-F(\hat S,S)$, where $S$ represents the true density matrix, POVM element, or process matrix, and $\hat S$ is its estimator. We establish a sufficient and necessary condition for any tomography protocol to attain the optimal scaling $1-F= O(1/N) $ where $N$ is the number of state copies consumed, in contrast to the $O(1/\sqrt{N})$ worst-case scaling of static methods. Guided by this result, we propose adaptive algorithms with provably optimal infidelity scalings for state, detector, and process tomography. Numerical simulations and quantum optical experiments validate the proposed methods, with our experiments reaching, for the first time, the optimal infidelity scaling in ancilla-assisted process tomography.
- Abstract（参考訳）: 量子トモグラフィー(quantum tomography)は、量子システムやデバイスを特徴づけ、ベンチマークし、検証するための標準技術であり、量子技術の進歩と量子力学の基礎を理解する上で重要な役割を果たす。
可能な限りのトモグラフィー精度を達成することは、依然として中心的な課題である。
ここでは、量子状態、検出器およびプロセストモグラフィーの不忠実度の測定値を1インデックス1-F(\hat S,S)$で統一し、$S$は真の密度行列、POVM要素、プロセス行列を表し、$\hat S$はその推定値である。
O(1/\sqrt{N})${O(1/\sqrt{N})${O(1/\sqrt{N})$ 静的メソッドの最悪のスケーリングとは対照的に、$N$は消費される状態コピーの数である。
そこで本研究では, 状態, 検出器, プロセストモグラフィーのための適応アルゴリズムを提案する。
数値シミュレーションと量子光学実験により,アシラ支援プロセストモグラフィーにおける最適不忠実性スケーリングを初めて達成し,提案手法の有効性を検証した。
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