論文の概要: The Power of Two Bases: Robust and copy-optimal certification of nearly all quantum states with few-qubit measurements

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.11616v1
• Date: Thu, 12 Feb 2026 06:08:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-13 21:07:25.662982
• Title: The Power of Two Bases: Robust and copy-optimal certification of nearly all quantum states with few-qubit measurements
• Title（参考訳）: 2つの基底の力: ほとんど全ての量子状態のロバストとコピー-最適証明
• Authors: Andrea Coladangelo, Jerry Li, Joseph Slote, Ellen Wu,
• Abstract要約: 数量子計測に基づく堅牢な認証プロトコルを提案する。 我々の試験は条件付き忠実性に対する新しい不確実性原理に基づいている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.266360532660872
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A central task in quantum information science is state certification: testing whether an unknown state is $ε_1$-close to a fixed target state, or $ε_2$-far. Recent work has shown that surprisingly simple measurement protocols--comprising only single-qubit measurements--suffice to certify arbitrary $n$-qubit states [Huang, Preskill, Soleimanifar '25; Gupta, He, O'Donnell '25]. However, these certification protocols are not robust: rather than allowing constant $ε_1$, they can only positively certify states within $ε_1=O(1/n)$ trace distance of the target. In many experimental settings, the appropriate error tolerance is constant as the system size grows, so this lack of robustness renders existing tests inapplicable at scale, no matter how many times the test is repeated. Here we present robust certification protocols based on few-qubit measurements that apply to all but a $O(2^{-n})$-fraction of pure target states. Our first protocol achieves constant robustness, i.e. $ε_1=Θ(1)$, using a single $O(\log n)$-qubit measurement along with single-qubit measurements in the $Z$ or $X$ basis on the other qubits. As a corollary of its robustness, this protocol also achieves constant (in $n$) copy complexity, which is optimal. Our second protocol uses exclusively single-qubit measurements and is nearly robust: $ε_1=Ω(1/\log n)$. Our tests are based on a new uncertainty principle for conditional fidelities, which may be of independent interest.
• Abstract（参考訳）: 量子情報科学における中心的なタスクは状態認証である: 未知の状態が一定の目標状態に対して$ε_1$-closeか、または$ε_2$-farかをテストする。 最近の研究は、驚くほど単純な測定プロトコル(シングルキュービットの測定のみを含む)が任意の$n$-qubit状態(Huang, Preskill, Soleimanifar '25; Gupta, He, O'Donnell '25]を認証するのに十分であることを示している。 しかし、これらの認証プロトコルは、一定の$ε_1$を許すのではなく、ターゲットのトレース距離$ε_1=O(1/n)の状態を正に認定することができる。 多くの実験的な環境では、システムのサイズが大きくなるにつれて適切なエラー耐性が一定となるため、この堅牢性の欠如により、テストが何回繰り返されても、既存のテストは大規模に適用できない。 ここでは、純粋なターゲット状態の$O(2^{-n})$-fraction以外のすべてに適用可能な、数量子測度に基づくロバストな認証プロトコルを提案する。 我々の最初のプロトコルは、一個の$O(\log n)$-qubit測定と、他の量子ビットの基底である$Z$または$X$の単一量子ビット測定を用いて、一定のロバスト性を達成する。 このプロトコルはロバスト性の概要として、定数($n$)コピーの複雑さも達成しており、これは最適である。 第2のプロトコルでは、単一の量子ビットの測定のみを使用しており、ほぼロバストである。 我々のテストは、独立した関心を持つかもしれない条件付き忠実性に対する新しい不確実性原理に基づいている。

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