論文の概要: Measurement Strategies and Estimation Precision in Quantum Network Tomography
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.01657v1
- Date: Mon, 03 Nov 2025 15:19:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-05 16:37:27.308269
- Title: Measurement Strategies and Estimation Precision in Quantum Network Tomography
- Title（参考訳）: 量子ネットワークトモグラフィーにおける計測方略と推定精度
- Authors: Athira Kalavampara Raghunadhan, Matheus Guedes De Andrade, Don Towsley, Indrakshi Dey, Daniel Kilper, Nicola Marchetti,
- Abstract要約: 量子ネットワークトモグラフィ(QNT)におけるリンクパラメータ推定手法の検討
局所Z基底測定(LZM)、ジョイントベル状態測定(JBM)、プレシェードエンタングルメントアシスト測定(PEM)の3つの異なる測定方法が分析されている。
PEM法は最小の量子クレーマー・ラオ境界(QCRB)を実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.246641453287312
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: This work investigates measurement strategies for link parameter estimation in Quantum Network Tomography (QNT), where network links are modeled as depolarizing quantum channels distributing Werner states. Three distinct measurement schemes are analyzed: local Z-basis measurements (LZM), joint Bell-state measurements (JBM), and pre-shared entanglement-assisted measurements (PEM). For each scheme, we derive the probability distributions of measurement outcomes and examine how noise in the distributed states influences estimation precision. Closed-form expressions for the Quantum Fisher Information Matrix (QFIM) are obtained, and the estimation precision is evaluated through the Quantum Cramer-Rao Bound (QCRB). Numerical analysis reveals that the PEM scheme achieves the lowest QCRB, offering the highest estimation accuracy, while JBM provides a favorable balance between precision and implementation complexity. The LZM method, although experimentally simpler, exhibits higher estimation error relative to the other schemes; however, it outperforms JBM in high-noise regimes for single-link estimation. We further evaluate the estimation performance on a four-node star network by comparing a JBM-only configuration with a hybrid configuration that combines JBM and LZM. When two monitors are used, the JBM-only strategy outperforms the hybrid approach across all noise regimes. However, with three monitors, it achieves a lower QCRB only in low-noise regimes with heterogeneous links. The results establish a practical basis for selecting measurement strategies in experimental quantum networks, enabling more accurate and scalable link parameter estimation under realistic noise conditions.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,量子ネットワークトモグラフィー(QNT)におけるリンクパラメータ推定手法について検討し,ネットワークリンクをワーナー状態に分散した非分極量子チャネルとしてモデル化する。
局所Z基底測定(LZM)、ジョイントベル状態測定(JBM)、プレシェードエンタングルメントアシスト測定(PEM)の3つの異なる測定方法が分析された。
各スキームに対して,測定結果の確率分布を導出し,分散状態の雑音が推定精度に与える影響を検討する。
QFIM(Quantum Fisher Information Matrix)のクローズドフォーム式を求め,QCRB(Quantum Cramer-Rao Bound)を用いて推定精度を評価する。
数値解析により、PEM方式は最小のQCRBを達成し、高い推定精度を提供する一方、JBMは精度と実装の複雑さのバランスが良好であることが明らかになった。
LZM法は他の方式と比較して高い推定誤差を示すが、単一リンク推定のための高雑音方式ではJBMよりも優れている。
さらに、JBMのみの構成とJBMとLZMを組み合わせたハイブリッド構成を比較することで、4ノードの星ネットワークにおける推定性能を更に評価する。
2つのモニターを使用する場合、JBMのみの戦略は全てのノイズレシエーションにおけるハイブリッドアプローチよりも優れる。
しかし、3つのモニタで、不均一なリンクを持つ低雑音状態においてのみ低いQCRBを達成する。
その結果、実験的な量子ネットワークにおける測定戦略を選択するための実用的な基礎を確立し、現実的な雑音条件下でのより正確でスケーラブルなリンクパラメータ推定を可能にした。
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