論文の概要: Certifying localizable quantum properties with constant sample complexity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.17580v1
- Date: Mon, 22 Sep 2025 11:06:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-23 18:58:16.328367
- Title: Certifying localizable quantum properties with constant sample complexity
- Title（参考訳）: 一定のサンプル複雑性を持つ局所化可能な量子特性の証明
- Authors: Zhenyu Du, Jinchang Liu, Elias X. Huber, Zi-Wen Liu, Xiongfeng Ma,
- Abstract要約: 我々は、局所化可能な量子性と呼ばれる物理現象に基づく、非常に一般的な認証フレームワークを導入する。
我々は、小規模でアクセス可能なサブシステム上で、グローバルなプロパティを証する認証プロトコルを開発する。
本手法は, 局所的なパウリ測定のみに依存することにより, 実験コストを劇的に削減する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.5334952984692285
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Characterizing increasingly complex quantum systems is a central task in quantum information science, yet experimental costs often scale prohibitively with system size. Certifying key properties -- such as entanglement, circuit complexity, and quantum magic -- using simple local measurements is highly desirable but challenging. In this work, we introduce a highly general certification framework based on a physical phenomenon that we call localizable quantumness: for generic many-body states, essential quantum properties are robustly preserved within the projected ensembles on small subsystems after performing local projective measurements on the rest of the system. Leveraging this insight, we develop certification protocols that certify global properties by witnessing them on a small, accessible subsystem. Our method dramatically reduces experimental cost by relying solely on local Pauli measurements, while achieving constant sample complexity, constant-level noise robustness, and soundness for mixed states -- exponentially improving the sample complexity and overcoming major limitations of previous methods. We further present a random-basis variant to certify state fidelity, with numerical evidence strongly suggesting it maintains constant sample complexity and robustness for generic states, representing a substantial improvement over existing methods. Our results provide a practical, scalable toolkit for certifying large-scale quantum processors and offer a novel lens for understanding complex many-body quantum systems.
- Abstract（参考訳）: 複雑化する量子システムを特徴付けることは、量子情報科学における中心的な課題であるが、実験コストはシステムサイズと密にスケールすることが多い。
単純な局所測定を用いて、絡み合い、回路複雑性、量子魔法などの鍵特性を認証することは非常に望ましいが、難しい。
本研究では,局所化可能な量子性と呼ばれる物理現象に基づく,高度に一般的な認証フレームワークを導入する。汎用多体状態に対して,本質的な量子特性は,システムの他の部分で局所的射影測定を行った後,小さなサブシステム上で投影されたアンサンブル内に頑健に保持される。
この知見を活用することで、我々は、小規模でアクセス可能なサブシステム上でそれらを目撃することで、グローバルなプロパティを認証する認証プロトコルを開発します。
提案手法は, 局所的なパウリ測定のみに頼って実験コストを劇的に削減すると同時に, 混合状態に対する一定のサンプルの複雑さ, 定レベル雑音の堅牢性, 音質を実現し, 試料の複雑さを指数関数的に改善し, 従来の手法の大きな限界を克服する。
さらに、状態の忠実さを証明するためのランダムベイズ変種を提示するが、数値的な証拠は、サンプルの複雑さとジェネリックステートの堅牢性を維持し、既存の方法よりも大幅に改善されていることを強く示唆している。
この結果は,大規模量子プロセッサを認証するための実用的でスケーラブルなツールキットを提供し,複雑な多体量子システムを理解するための新しいレンズを提供する。
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