論文の概要: Practical Tests and Witnesses of Fermionic non-Gaussianity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.26218v1
• Date: Mon, 25 May 2026 18:00:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-27 17:51:41.295025
• Title: Practical Tests and Witnesses of Fermionic non-Gaussianity
• Title（参考訳）: フェルミオン非ガウスの実用試験と証人性
• Authors: Tobias Haug, Xhek Turkeshi, Piotr Sierant,
• Abstract要約: 我々はフェルミオン性反平坦性(FAF)に基づく試験と目撃者を開発する。 2-copy Bell測定と1-copyスキームという2つの相補的プロトコルを用いて,$n$-qubit状態に対してFAFを推定する。 混合状態に対しては、非ガウス性を証明する純度補正されたFAF証人を導入し、ノイズに対して非常に堅牢である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.34757790689654594
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Detecting when a quantum state leaves the efficiently simulable fermionic Gaussian regime is a central task for benchmarking quantum devices and certifying fermionic magic resources. We develop practical tests and witnesses based on fermionic antiflatness (FAF), a covariance-matrix-based measure of non-Gaussianity. For $n$-qubit states, we estimate FAF using two complementary protocols: two-copy Bell measurements and a single-copy scheme based on commuting matchings of Majorana bilinears. These yield testers that distinguish pure Gaussian states from states $ε$-far from the Gaussian set, using $O(n^2/ε^2)$ two-copy Bell measurements or $O(n^3/ε^4)$ single-copy measurements, improving the state of the art in the dependence on both $n$ and $ε$. For mixed states, we introduce a purity-corrected FAF witness that certifies non-Gaussianity and is highly robust to noise. With our witness, we demonstrate on the IQM quantum computer that noise can both reduce and enhance non-Gaussianity. Finally, by examining pseudo non-Gaussianity, we show that the cryptographic task of pseudorandom-state generation requires extensive fermionic non-Gaussianity. Together, these results provide experimentally accessible tools for detecting, witnessing, and quantifying non-Gaussian fermionic resources.
• Abstract（参考訳）: 量子状態が効率よくシミュレート可能なフェルミオンガウシアン状態を離れることを検出することは、量子デバイスをベンチマークし、フェルミオンマジックリソースを認証するための中心的なタスクである。 非ガウス性の共分散行列に基づく測度であるフェルミオン反平坦性(FAF)に基づく実測試験と証人を開発する。 $n$-qubit 状態の場合、FAF は 2-copy Bell 測定と 1-copy scheme という2つの相補的プロトコルを用いて推定する。 純粋なガウス状態とガウス集合の状態を区別するテスタは、$O(n^2/ε^2)$ 2-コピーベル測度または$O(n^3/ε^4)$ 1-コピー測度を用いて、ガウス集合から$ε$-farの状態と区別する。 混合状態に対しては、非ガウス性を証明する純度補正されたFAF証人を導入し、ノイズに対して非常に堅牢である。 証人とともに、ノイズが非ガウス性の両方を減少させ、強化できるIQM量子コンピュータを実演する。 最後に、擬似非ガウス性を調べることにより、擬似ランダム状態生成の暗号処理は広範なフェルミオン非ガウス性を必要とすることを示す。 これらの結果は、非ガウスのフェルミオン性資源を検出し、目撃し、定量化するための実験的に利用可能なツールを提供する。

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