論文の概要: Quantum Nonlinear Properties from a Single Measurement Setting

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.09958v1
• Date: Mon, 11 May 2026 04:12:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-12 23:28:50.511757
• Title: Quantum Nonlinear Properties from a Single Measurement Setting
• Title（参考訳）: 単一測定装置からの量子非線形特性
• Authors: Zihao Li, Datong Chen, Dayue Qin, Yuxiang Yang, You Zhou,
• Abstract要約: 我々は, 量子状態の非線形量$$$を効率的に測定するための普遍的枠組みである衝突型非線形推定法(CBNE)を開発した。 CBNEは、システム次元が十分に大きいか、数ビットのアシラリー量子ビットが利用可能であれば、単一の測定設定しか必要としない。 CBNEは実験段階において観測不能であり、複数の非線形関数の同時推定を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.153126522080766
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Nonlinear properties of quantum states are essential to quantum information and many-body physics, but assessing them experimentally is challenging, as it typically requires multi-copy operations or a large number of measurement settings. To address this challenge, we develop a universal framework, collision-based nonlinear estimation (CBNE), for efficiently measuring nonlinear quantities of a quantum state $ρ$, such as the higher-order expectation value ${\rm tr}(Oρ^t)$ for some observable $O$, using single-copy randomized measurements. Strikingly, our protocol requires only a single measurement setting, provided that the system dimension is sufficiently large or a few ancillary qubits are available; this contrasts with the conventional expectation that multiple measurement bases are necessary for nonlinear estimation. In addition, CBNE is observable-independent at the experimental stage, which enables simultaneous estimation of multiple nonlinear functions. It further extends to broader tasks, including the estimation of principal component properties and partial-transpose moments of quantum states. Our results provide a practical and scalable route for measuring nonlinear state properties on near-term quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 量子状態の非線形特性は、量子情報や多体物理学に必須であるが、通常、多重コピー操作や多数の測定設定を必要とするため、それらを実験的に評価することは困難である。 この課題に対処するために、単一コピーのランダム化測定を用いて、高次の期待値である${\rm tr}(Oρ^t)$のような量子状態の非線形量を効率的に測定する、衝突に基づく非線形推定(CBNE)の普遍的な枠組みを開発する。 厳密には,本プロトコルでは,システム寸法が十分に大きい場合や,数個のアシラリー量子ビットが利用可能である場合,単一の測定設定しか必要としない。 さらに、CBNEは実験段階では観測不能であり、複数の非線形関数の同時推定を可能にする。 さらに、主成分特性の推定や量子状態の部分的な伝達モーメントを含む、より広範なタスクにまで拡張される。 この結果は,短期量子デバイス上での非線形状態特性を測定するための実用的でスケーラブルな経路を提供する。

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