論文の概要: Efficient direct quantum state tomography using fan-out couplings
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.04454v1
- Date: Mon, 06 Apr 2026 06:02:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-07 15:49:19.111342
- Title: Efficient direct quantum state tomography using fan-out couplings
- Title（参考訳）: ファンアウト結合を用いた高効率直接量子状態トモグラフィ
- Authors: Jaekwon Chang, Guedong Park, Hyunseok Jeong, Yong Siah Teo, Yosep Kim,
- Abstract要約: 本稿では,強測度推定とファンアウト結合アーキテクチャを組み合わせた直接量子状態トモグラフィー手法を提案する。
我々は、IBM Quantum Platformを介して超伝導量子プロセッサ上のスキームを実験的に検証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2796197251957245
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Characterizing quantum states is essential for validating quantum devices, yet conventional quantum state tomography becomes prohibitively expensive as system size grows. Direct tomography offers a distinct route by enabling selective access to individual complex density-matrix elements, with a particular advantage for sparse target states and some verification tasks. Here we introduce a direct quantum state tomography scheme combining strong-measurement estimation with a fan-out coupling architecture. It enables mutually commuting interactions between system qubits and a single meter qubit, thereby achieving constant circuit depth, independent of system size. Notably, the involutory fan-out coupling reduces to the identity under repetition, enabling straightforward noise scaling for quantum error mitigation. We experimentally validate the scheme on a superconducting quantum processor via the IBM Quantum Platform, demonstrating four-qubit state reconstruction and single-circuit GHZ-state fidelity estimation up to 20 qubits with error mitigation. Consistent results with standard tomography and improved efficiency establish our scheme as a promising approach to reconstructing full quantum states and scalable verification tasks.
- Abstract（参考訳）: 量子状態のキャラクタリゼーションは量子デバイスを検証するのに不可欠であるが、従来の量子状態トモグラフィーはシステムのサイズが大きくなるにつれて不当に高価になる。
ダイレクトトモグラフィーは、個々の複雑な密度行列要素への選択的アクセスを可能にすることで、異なる経路を提供する。
本稿では,強測度推定とファンアウト結合アーキテクチャを組み合わせた直接量子状態トモグラフィー手法を提案する。
システムキュービットと1メートルキュービットの相互通信を可能にし、システムサイズに依存しない一定の回路深さを実現する。
特に、不揮発性ファンアウト結合は繰り返しの同一性に還元され、量子エラー軽減のための単純なノイズスケーリングが可能となる。
我々は、IBM Quantum Platformを介して超伝導量子プロセッサのスキームを実験的に検証し、4キュービット状態再構成と最大20キュービットの単一回路GHZ状態忠実度推定を検証した。
標準トモグラフィーによる一貫性のある結果と効率の向上により、完全な量子状態とスケーラブルな検証タスクを再構築するための有望なアプローチとして、我々のスキームが確立される。
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