Mitigation of readout noise in near-term quantum devices by classical post-processing based on detector tomography
我们提出了一个简单的方案，以减少在实验中的量子系统与有限数量的测量结果的读出误差。我们的方法依赖于执行经典的后处理，其之前是量子探测器断层扫描，即，描述给定量子测量设备的正算子值测度（POVM）的重建。如果测量设备仅受可逆经典噪声的影响，则可以校正在同一设备上执行的未来实验的结果统计。为了支持这一计划的实际适用性，近期量子设备，我们在IBM的和Rigetti的量子处理器中实现的测量的特征。我们发现，对于这些设备，基于超导transmon量子比特，经典噪声确实是读出误差的主要来源。此外，我们分析了相干误差和有限统计量的存在对我们的错误缓解过程的性能的影响。将我们的方案应用于IBM的5量子比特设备，我们观察到一些单量子比特和双量子比特任务的结果有了显着的改善，包括量子态断层扫描（QST），量子过程断层扫描（QPT），非投影测量的实现，以及某些量子算法（Grover搜索和Bernstein-Vazirani算法）。最后，我们提出的结果表明，在五个量子比特的情况下，某些概率分布的实施改进。
2020-03-25 quant-ph
Practical variational tomography for critical 1D systems
我们改进了最近引入的一种有效的量子态重建方法，该方法针对的是多尺度纠缠重整化近似（MERA）很好地近似的态，例如，临界模型的基态。我们展示了如何在数值上选择一个子集的实验可访问的测量，最大限度地提高信息提取重整化粒子，从而大大减少了所需的物理测量。我们用数值方法估计了表征临界一维伊辛的基态所需的测量次数。XX）建模，发现MERA断层扫描在16量子位（分别。24量子位）系统需要与8量子位上的蛮力断层扫描相同的实验努力。我们从实验数据证明实验和重建状态之间的距离推导出一个可计算的界限。
2015-07-02 quant-ph
Wigner State and Process Tomography on Near-Term Quantum Devices
本文面向近期纯态量子器件，提出基于 Wigner 表示和旋转轴向张量算符测量的扫描式态与过程层析方法，并给出 IBM 量子平台实验及 DROPStomo 软件实现。
2023-09-06 quant-ph
Parallel tomography of quantum non-demolition measurements in multi-qubit devices
本文提出QND测量并行层析协议，在7量子比特IBM-Q器件上重建测量Choi矩阵并评估保真度、QND性、破坏性与串扰，以表征单/双量子比特及广义测量。
2023-06-07 quant-ph
Super-stable tomography of any linear optical device
日益复杂的线性光学电路在新兴的光子量子技术中发挥着越来越重要的作用。单个光子器件通常由包含振幅和相位信息的酉矩阵描述，其特征化是一项关键任务。我们提出了一个建设性的计划来检索的酉矩阵描述一个任意的线性光学器件使用从单光子和双光子系综获得的数据。该方案在任意增加的光子包长度尺度上是稳定的，且与器件输入输出端口的光子损失无关。我们发现了理想数据和酉矩阵之间的一一对应关系，并确定了一类能够再生数据的非酉矩阵。该方法被扩展到相干态探测，它可以模拟双光子统计与降低的可见性。分析了重建算法对模拟噪声的性能。
2012-08-14 quant-ph
Quantum tomography as a tool for the characterization of optical devices
我们描述了一种新的工具，用于光学器件的量子表征。实验设置涉及一个稳定的参考状态，经历了一个未知的量子变换，然后通过平衡零差检测揭示。通过对零差数据的层析分析，我们能够表征信号并估计相互作用的参数，例如光学元件的损耗或放大器的增益。我们目前的相干信号的实验结果，应用于简单的光学元件引入的损失估计，并显示这些结果可以扩展到更一般的光学器件的表征。
2001-10-18 quant-ph
SU(4) gate design via unitary process tomography: its application to cross-resonance based superconducting quantum devices
本文提出利用CR哈密顿量传播子与Weyl腔几何结构，在超导量子器件上实现无回波的连续R_{ZZ}(θ)门，并验证了其在SU(4)门设计中的保真度与时间优势。
2025-03-12 quant-ph
Temporal-mode measurement tomography of a quantum pulse gate
在光子时间模式（TM）中编码量子信息为高维量子协议提供了一个强大的平台。然而，主要的实际挑战是设计一种在特定TM和所有相干叠加中对单光子进行操作的设备。量子脉冲门（QPG）是一种模式选择性和频产生器。在这里，我们执行一个完整的模式特性的QPG使用弱相干态在定义良好的TM。我们重建了一套完整的测量算子，当在7维空间上操作时，它显示出0.85的平均保真度到理论上理想的设备。然后，我们使用QPG的这些特征测量算子来校准设备。使用校准的设备和一套完整的断层摄影测量，我们表明，QPG可以执行高维TM状态断层摄影与0.99保真度。
2017-12-14 quant-ph
Maximal entropy approach for quantum state tomography
量子计算在理论和实验上都发展迅速。特别地，具有大量量子位的量子计算设备已经由IBM、Google、IonQ等开发。当前的量子计算设备是有噪声的中间尺度量子$($ NISQ $)$设备，因此需要验证这些量子设备上的量子处理的方法。一个n比特量子系统的最常见的验证方法之一是量子层析成像，它试图通过一组完整的可观测量来重建量子系统的密度矩阵。然而，量子系统中固有的噪声和固有的限制提出了一个关键的挑战，精确地知道实际的测量算子，这使得量子层析成像在实验中不切实际。在这里，我们提出了一种替代的方法，量子层析成像的基础上，最大信息熵，可以预测的值的基础上可用的平均测量数据的未知的可观测量。这可以用来重建具有高保真度的密度矩阵，即使某些可观测量的结果丢失。另外，还需要一种仅使用部分信息来推断量子力学状态的实用方法。
2020-09-03 quant-ph
Operational, gauge-free quantum tomography
随着越来越令人印象深刻的量子信息处理器在世界各地的实验室中实现，这些设备的鲁棒性和可靠性表征现在比以往任何时候都更加紧迫。这些诊断可以采取多种形式，但最流行的类别之一是断层扫描，其中为设备提出了一个底层参数化模型，并通过实验进行推断。在这里，我们介绍和实现高效的操作层析成像，它使用实验观测值作为这些模型参数。这解决了在当前层析成像方法中出现的表示中的模糊性的问题（规范问题）。解决规范的问题，使我们能够有效地实现操作断层扫描在贝叶斯框架计算，因此给了我们一个自然的方式，包括先验信息，并讨论在拟合参数的不确定性。我们证明了这种新的断层扫描在各种不同的实验相关的情况下，包括标准的过程断层扫描，拉姆齐干涉，随机基准，和门集断层扫描。
2020-11-13 quant-ph
Practical Tomography of Multi-Time Processes
Macquarie University（麦考瑞大学）
本文研究了多时间过程的完整表征所需的最小辅助维度，证明单个量子比特辅助存储即可实现任意多时间动态的完整重构，无需中途测量或重置。
2026-04-01 quant-ph
Practical, Reliable Error Bars in Quantum Tomography
量子器件的精确表征通常通过量子层析成像来实现。然而，目前在实验中广泛使用的大多数方法，如极大似然估计，缺乏合理的误差分析。最近基于置信区域的有前途的方法很难应用于实践，或者产生不必要的大误差条。在这里，我们提出了一个实用而强大的方法来获得误差线。我们这样做，通过引入一种新的表示的输出的层析成像过程中，“量子误差棒”。这种表示是（i）简洁，给出的几个参数，（ii）直观，提供了一个公平的想法的“传播”的错误，和（iii）有用的，包含必要的信息，用于构建置信区域。从我们的方法所产生的报表制定的品质因数，如参考状态的保真度。我们提出了一种算法来计算这种表示，并提供随时可用的软件。我们的程序被应用到实际的实验数据从两个超导量子比特在纠缠态，证明了我们的方法的适用性。
2016-07-04 quant-ph
Proper error bars for self-calibrating quantum tomography
自校准量子态层析成像的目的是从相同的数据中重建未知的量子态和测量器件的某些特性。由于状态和设备参数的估计来自相同的数据，因此应该采用联合估计方案，包括联合状态-设备误差区域的构建和报告，以量化不确定性。我们解释如何做到这一点自然的最佳误差区域的框架内。作为一个说明性的例子，我们将我们的程序应用于量子密码学中BB84场景的双十字准线测量，从而同时可靠地重建状态并估计检测效率。我们还讨论了星载量子密钥分发方案的实际情况，其中自校准和适当的数据处理是必要的。
2019-09-06 quant-ph
Self-consistent tomography and measurement-device independent cryptography
在量子力学中，一个经常出现的问题是要么估计量子系统的状态，要么估计应用于它的测量算符，如果我们希望同时估计两者，那么困难在于状态和测量总是同时出现：要估计状态，我们必须使用测量;要估计测量算符，我们必须使用状态。这种量子估计实验的数据以测量频率的形式出现。理想地，测量的平均频率可以归因于平均状态和平均测量算子。如果不是这种情况，我们有相关的状态准备和测量（SPAM）错误。我们扩展了一些测试，以检测这种相关的错误，适用于加密的情况下，双方信任他们的个人状态，但不对联合状态进行测量。
2020-06-11 quant-ph
Continuous-variable optical quantum state tomography
本文综述了光场和光子的连续变量量子态层析成像的最新进展，特别强调了它在量子信息技术中的实际应用。光学零差层析成像是一种在给定的光学模式下重建光的状态的方法。一系列相关的实际课题进行了讨论，如状态重建算法（重点是最大似然技术），时域零差检测技术，模式匹配问题，和工程的复杂量子态的光。本文还调查的横向空间状态（空间模式）的字段中的特殊情况下，正好包含一个光子的量子态层析成像。
2008-03-03 quant-ph
The optimal reordering of measurements for photonic quantum tomography
量子层析成像是光子技术工具箱的一种基本方法，通常用于评估实验制备的光状态和表征转换这种状态的设备。断层扫描过程由许多不同的顺序执行的测量组成。我们提出了相当大的断层扫描加速优化安排的个人组成的测量，这相当于解决旅行推销员问题的一个实例。作为一个例子，我们获得了高达五个量子比特的光子系统的解决方案，并得出结论，对于三个或更多量子比特的系统，层析成像过程的总持续时间可以减半。所报告的加速已经被实验验证为量子态层析成像，也为全量子过程表征高达六个量子位，而不诉诸于任何复杂性降低或简化的系统的兴趣。我们的方法是通用的，并减少了光学器件和各种散射过程的输入-输出特性的时间。
2018-12-15 quant-ph
Randomized linear gate set tomography
表征形成量子计算设备的构建块的门操作集合中的噪声对于评估设备的质量是必要的。在这里，我们介绍随机线性门集层析成像，一个易于实现的门集层析成像过程，结合了国家的准备和测量误差的标准门集层析成像与无设计随机层析成像电路和计算方便的思想所带来的适当的线性近似。我们证明了我们的计划，通过模拟的例子，以及在IBM量子体验平台上做的实验的性能。在每种情况下，我们看到，我们的程序的性能与标准的门控断层扫描，而不需要复杂的断层扫描电路设计，并采取更少的计算时间在推导的噪声参数的估计。这允许在实验中对门操作进行直接的动态表征。
2020-10-23 quant-ph
Non-Markovian Quantum Process Tomography
到目前为止，表征协议在有噪声的中间尺度量子计算机（NISQ）的开发中发挥了核心作用，这些计算机能够实现令人印象深刻的量子壮举。这种轨迹预计将继续构建下一代设备：可以在特定任务中超越经典计算机的设备-但表征的进展必须跟上复杂设备噪声的复杂性。在动物园的表征过程中缺失的一块是断层扫描，它可以完全描述在给定的时间范围内的非马尔可夫动态。在这里，我们正式介绍量子过程层析成像，我们称之为过程张量层析成像的概括。我们详细的实验要求，构建必要的后处理算法的最大似然估计，概述了最佳实践方面的准确结果，并使低内存进程的程序效率。表征是诊断和相关噪声的知情控制的途径。作为硬件不可知技术的一个应用实例，我们展示了其预测控制如何用于大幅提高超导量子器件的多时间电路性能。我们的方法可以形成精心开发的软件的核心，可以帮助硬件始终通过容错噪声阈值。
2022-05-24 quant-ph
Qudit Quantum State Tomography
最近，量子层析成像已经被提出作为一个基本的工具，原型的几个量子比特的量子器件。它允许从设备的给定输入产生的状态的完全重建。从这个重构的密度矩阵，可以计算相关的量子信息量，例如纠缠度和熵。一般来说，正交测量已经讨论了这种层析重建。在本文中，我们将断层重建技术扩展到两个新的制度。首先，我们展示了如何非正交测量允许重建的系统的状态提供的测量跨越希尔伯特空间。然后，我们详细介绍了如何量子态断层扫描可以执行多qudits与一个具体的例子说明如何实现这一点，在一个和两个qudits系统。
2002-01-14 quant-ph
Bell nonlocality and fully-entangled fraction measured in an entanglement-swapping device without quantum state tomography
我们展示了一个有效的实验程序的基础上纠缠交换，以确定贝尔非局域性测量Horodecki等人。A 200，340（1995）]和Bennett等人[Phys.Rev.A54，3824（1996）]的任意两量子比特偏振编码态的完全纠缠部分。的非局部性措施对应于违反的Clauser-Horne-Shimony-Holt（CHSH）在所有测量设置优化的量。通过同时使用给定状态的两个副本，我们只直接测量六个参数。我们的方法既不需要15个参数的完整量子态层析成像，也不需要连续扫描通常的CHSH不等式测试中双方使用的测量基，每个优化步骤中有四个测量。我们分析了任意两量子比特态的Bell非定域性和其他纠缠见证（包括完全纠缠分数和非线性熵见证）的测量程度如何能够估计其纠缠。特别是，我们测量了这些证人，并估计了各种两量子位维尔纳态的负性。我们的方法对于基于纠缠交换的量子通信协议特别有用。
2016-09-30 quant-ph
Experimental device-independent tests of quantum channels
量子层析成像是目前主要采用的方法来评估系统的信息，因此在试图表征特定通道的行为时起着基础性的作用。尽管如此，量子断层扫描需要相信实验室中使用的设备能够正确地执行状态生成和测量。这项工作是基于量子信道的设备无关推断的理论框架，该理论框架是最近开发的，并在[Dall'Arno，Buscemi，Vedral，arXiv：1805.01159]和[Dall'Arno，Brandsen，Buscemi，PRSA 473，20160721（2017）]中用超导量子比特进行了实验。在这里，我们提出了一个完整的实验测试上的光子设置的两个设备无关的量子信道伪造和表征协议，分析，验证，并提高传统的量子过程层析成像所获得的结果。这个框架在量子信息处理中具有根本性的意义，并且还可能导致新方法的开发，从而消除在所有先前协议中通常被认为是理所当然的假设。
2018-06-01 quant-ph
Fast Bayesian tomography of a two-qubit gate set in silicon
对量子态和逻辑门进行基准测试和表征在量子计算设备的开发中是必不可少的。我们介绍了一种贝叶斯方法的自洽过程层析成像，称为快速贝叶斯层析成像（FBT），并通过实验证明了其性能在表征硅基自旋量子位器件上的双量子位门集。FBT建立在自适应自洽线性化的基础上，该线性化对模型近似误差具有鲁棒性。我们的方法提供了一些优势，比其他自洽层析成像方法。最值得注意的是，FBT可以利用来自随机基准测试（或其他表征测量）的先验信息，并且可以实时执行，在获取数据的同时提供全过程矩阵的持续更新估计。
2021-07-30 quant-ph
Practical Quantum State Tomography for Gibbs states
量子态层析成像是表征和验证量子态的重要工具。然而，由于它不能直接应用于具有多于几个量子比特的系统，因此在中型量子设备上对较大状态的有效层析成像仍然是量子计算中的重要挑战。我们开发了一种层析成像方法，需要适度的计算和量子资源的层析成像的状态，可以近似由吉布斯状态的本地哈密顿。所提出的方法，哈密尔顿学习层析成像，使用哈密尔顿学习算法得到一个参数化的吉布斯哈密尔顿，并优化它相对于本地测量的结果。我们证明了这种方法的实用性与高保真度重建的密度矩阵的4至10量子比特的吉布斯态的横向场伊辛模型，在数值模拟，以及通过云访问IBM量子超导设备的实验。我们的方法的代码实现可以作为Python中的开源软件免费获得。
2023-01-30 cond-mat.str-el quant-ph
Rigorous quantum state tomography for distributed quantum computing
Universidad de Concepción（康塞普西翁大学）；ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学与技术研究院）
本文提出一种适用于分布式量子计算机的量子态重构协议，通过局部操作和经典通信实现无远程纠缠假设的态重构，并推导了非渐近的迹范数误差界和纠缠负性估计的认证误差界。
2026-04-23 quant-ph
Practical and reliable error bars for quantum process tomography
量子过程层析成像中的当前技术通常基于有限但大量的测量数据返回未知过程的单点估计。然而，由于统计波动，其他接近点估计的过程也可以产生几乎确定的观测数据。除非可以构建适当的误差条，否则点估计值不具有任何合理的操作解释。在这里，我们通过构造量子过程的置信域估计器来解决这个问题。我们的方法能够可靠地估计基本上任何品质因数的量子过程的几个量子比特，包括钻石距离到一个特定的噪声模型，纠缠保真度，和最坏情况下的纠缠保真度，通过识别错误区域，其中包含具有高概率的真实状态。我们还提供了一个软件包--QPtomographer--实现我们的钻石范数和最坏情况下的纠缠保真度的估计。我们说明了它的使用和性能与几个模拟的例子。我们的工具可用于可靠地验证纠错码、酉门的实现或更一般地影响量子系统的任何噪声过程的性能。
2018-08-01 quant-ph
Non-Markovian Quantum Gate Set Tomography
针对非马尔可夫关联影响量子门集层析成像可靠性的问题，提出仪器集层析成像框架及线性反演、最大似然估计两种方法，可自洽表征量子器件的仪器与系统-环境关联，适配NISQ器件。
2024-04-14 quant-ph
Quantum detector tomography of a high dynamic-range superconducting nanowire single-photon detector
我们演示和验证量子探测器断层扫描的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的多路复用方案，允许测量高达71000个光子每输入脉冲。我们重建了该器件在低光子数区的正算子值测度（POVM），并使用提取的参数来显示跨越器件整个动态范围的POVM。我们通过寻找亮态的平均光子数来验证这一点。我们的工作表明，一个可靠的量子描述的大规模SNSPD设备是可能的，并应适用于其他复用配置。
2021-04-19 physics.ins-det quant-ph
Self-guided tomography of time-frequency qudits
本文提出利用多输出量子脉冲门实现时间-频率高维量子态的自导引层析，无需校准或后处理即可对3维和5维态达到超过99%的保真度，并验证了其在光子匮乏及噪声环境下的鲁棒性。
2024-11-28 quant-ph
Statistical Estimation of Quantum Tomography Protocols Quality
提出了一种新的计算量子态层析成像协议效率的方法。它是基于一个先验估计的质量的任意协议的普遍渐近保真度分布和条件数，它采取最小值为更好的协议。我们证明了充分的方法与数值模拟和实验实现的几个实际重要的协议的量子态层析成像。
2010-02-18 quant-ph
Accuracy of minimal and optimal qubit tomography for finite-length experiments
实际的量子态层析成像通常通过对给定状态的许多副本进行重复测量来执行。重建的准确性很大程度上取决于系统的维数和用于测量的副本的数量。我们调查的准确性的一个最小的和最佳的断层扫描计划的一个和两个量子比特状态编码的光子的偏振的实验实施。一个合适的统计模型，可达到的精度。
2008-07-07 quant-ph
Biased tomography schemes: an objective approach
我们报告的最大似然量子状态估计和信号的表示之间的内在关系。传递函数的量子类比决定了重建应该在哪里进行，而不需要对希尔伯特空间进行任何特别的截断。这种方法的一个例子是提供了一个简单的，但实际上重要的层析成像的光信号登记由现实的二进制探测器。
2006-06-06 quant-ph
Optimal protocol for quantum state tomography
我们开发了一个实用的量子层析成像协议，并实现了测量的纯态的quququarts实现的光子对（双光子）的偏振态。该方法是基于测量方案的参数，提供更好的质量重建的固定的统计数据集的最佳选择。状态重建的高精度（0.99以上）表明所开发的方法是足够的。
2008-11-16 quant-ph
When quantum state tomography benefits from willful ignorance
我们表明，量子态断层扫描与完美的知识的测量仪器被证明是，在某些情况下，不如放弃所有信息的测量手头的策略，在数据模式断层扫描的情况下。在这些情况下，测量的较大不确定性被用来换取重构信号的较小不确定性。这种效应对于最小或几乎最小的信息完整的测量设置更明显，这具有最大的实际重要性。
2021-06-22 quant-ph
Self-consistent tomography of temporally correlated errors
量子计算机的误差模型对于优化量子算法以使用量子纠错或误差减轻来最小化误差的影响是必不可少的。具有时间相关性的噪声，例如低频噪声和上下文相关噪声，在量子计算设备中很常见，有时甚至很重要。然而，传统的层析成像方法还没有被开发用于获得描述时间相关性的误差模型。在本文中，我们提出了自洽层析成像协议，以获得时间相关的错误模型，我们证明了我们的协议是有效的低频噪声和上下文相关的噪声。
2020-10-18 quant-ph
Quantum state tomography for Kerr parametric oscillators
针对Kerr参量振荡器（KPOs）的量子比特态读取问题，提出一种基于反射测量和单光子驱动的态层析方案，证明反射系数与密度矩阵对角元素一一对应，从而实现沿Bloch球轴线的量子比特读取。
2023-09-11 quant-ph
Semi-device-dependent blind quantum tomography
本文提出一种半设备依赖的盲量子态层析方法，利用量子态低秩结构和校准稀疏性，将问题松弛为低秩矩阵稀疏和去混合，在受限等距性质下以接近最优的测量设置数实现高可扩展且鲁棒的量子态与校准恢复。
2023-07-06 cs.IT math.IT quant-ph
A practical and efficient approach for Bayesian quantum state estimation
贝叶斯推断是量子态层析成像的一个强大的范例，以有意义和信息丰富的方式处理不确定性。然而，从复杂的概率分布采样相关的数值挑战阻碍了贝叶斯层析成像在实际环境中。在这篇文章中，我们介绍了一种改进的，自包含的贝叶斯量子态估计方法。利用机器学习和统计学的进步，我们的公式依赖于高效的预处理Crank-Nicolson采样和伪似然。我们从理论上分析了计算成本，并提供了明确的例子，为实际和模拟数据集的推理，说明改进的性能与现有的方法。
2020-02-24 quant-ph
Practical Bayesian Tomography
近年来，贝叶斯方法已被提出作为解决量子态和过程层析成像中的广泛问题的方案。国家的最先进的贝叶斯层析成像解决方案遭受三个问题：数值棘手，缺乏信息先验分布，以及无法跟踪时间依赖的过程。在这里，我们解决所有三个问题。首先，我们使用由Huszár和Houlsby以及Ferrie开创的现代统计方法，使贝叶斯层析成像在数值上易于处理。我们的方法允许实际计算的量子态和信道的贝叶斯点和区域估计。其次，我们提出了第一个先验的量子态和通道，允许包括有用的实验见解。最后，我们开发了一种方法，允许跟踪的时间依赖的状态和估计的漂移和扩散过程影响的状态。我们为我们的方法提供了源代码和动画可视化示例。
2016-05-11 physics.data-an quant-ph stat.AP
Superiority of Krylov shadow tomography in estimating quantum Fisher information: From bounds to exactness
Shandong University（山东大学）
本文探讨了Krylov阴影成像在估计量子鱼眼信息中的实用性，证明低阶Krylov界限能高效准确地估计QFI，并且随着阶数增加，Krylov界限以指数速度收敛于QFI，可超越现有多项式下界。
2026-04-29 quant-ph
Robust, self-consistent, closed-form tomography of quantum logic gates on a trapped ion qubit
我们介绍并实验证明：（1）一个称为“门集层析成像”（GST）的框架，用于自洽地表征黑盒量子器件上的整个量子逻辑门集;（2）一个显式的线性反转门集层析成像（LGST）的封闭形式协议，其可靠性与诸如局部极大似然值等病理无关;以及（3）一种简单的协议，用于在不参考目标门的情况下，基于其预测一组测试实验的良好程度，客观地对断层摄影估计的准确性进行评分。我们使用门集层析术来表征单个捕获离子量子比特上的一组Clifford生成门，并比较（i）标准过程层析术;（ii）线性门集层析术;和（iii）极大似然门集层析术的性能。
2013-10-16 quant-ph
Achieving quantum precision limit in adaptive qubit state tomography
量子态层析成像的精度极限问题不仅在实际应用中具有重要意义，而且在基础研究中也具有重要意义。然而，很少有人知道这个问题在多参数设置，即使在理论上由于不兼容的观测之间的微妙的信息权衡。在量子比特的情况下，理论上的精度极限是由Hayashi以及Gill和Massar确定的，但在实验中达到精度极限仍然是一项具有挑战性的任务。在这里，我们报告的第一个实验，实现了这种精度限制的自适应量子态层析光学偏振量子比特。在我们的实验中采用的两步自适应策略是非常容易在实践中实现。然而，它在优化大多数具有实际意义的品质因数方面却令人惊讶地强大。我们的研究可能对多参数量子估计问题，如量子精密测量有重要意义。同时，从信息论的角度对互补原理和不确定性关系的理解也有一定的促进作用。
2016-02-28 quant-ph
Optimal Quantum State Tomography via Weak Value
本文针对任意 d 维量子系统，通过搜索系统与测量装置的最优耦合强度，并利用均方误差分析，提出基于弱值的最优量子态层析策略，推导出重构密度矩阵的最小均方误差。
2024-02-22 quant-ph
Tomography by noise
我们提出了一个有效的和强大的方法重建的光子数分布，通过使用单独的热噪声作为探针。该方法使用最少数量的预校准量子器件，仅一个开/关单光子探测器就足够了。单光子态、热态和双光子态的实验推断证明了该方法的可行性。该方法对实验缺陷保持稳定，并提供了一种直接、用户友好的量子诊断工具。
2014-10-09 quant-ph
Experimental quantum process tomography of non trace-preserving maps
完全重建量子映射的能力是量子信息的一项基本任务，特别是当考虑到与环境的耦合和器件的实验缺陷时。在这种情况下，我们进行了量子过程层析成像（QPT）的方法，一组非保迹映射。我们引入了一个运营商$\OO$的状态依赖的成功概率的过程中调查的特点。我们还评估的结果近似的过程与保迹的。
2010-08-31 quant-ph
Direct and Parallel Tomography of a Quantum Process
量子过程层析成像（QPT）作为全面表征量子动力学过程的方法，在量子信息处理和量子控制中具有重要意义，而量子器件的可靠性在其中起着至关重要的作用。在这里，通过弱测量，我们提出了一个新的QPT计划的特点是它的直接性和并行性。与现有方案相比，我们的方案需要更简单的态准备和更少的实验装置。此外，在我们的方案中，量子过程的每个参数仅由五个实验值直接确定，这意味着我们的方案对误差的积累具有鲁棒性。
2013-09-23 quant-ph
Pairwise tomography networks for many-body quantum systems
我们引入了成对层析网络的概念来研究多体系统中的量子特性，并证明了一种有效的协议来实验测量它们。成对层析成像网络是多路复用网络的生成器，其中每一层表示相关量化器的图，例如，同时，量子不和谐，纯度，量子互信息，或经典相关。我们提出了一种测量方案，以执行两个量子位断层扫描的所有对显示指数改善的量子位数$N$相对于先前现有的方法。我们通过几个例子说明了我们的方法的有用性，揭示了它对量子计算，通信和模拟的潜在影响。我们进行了一个原理验证实验，展示了IBM Q设备上$W$状态的成对断层扫描网络。
2020-06-25 quant-ph
Universal compressive tomography in the time-frequency domain
我们实现了一个压缩量子态层析成像能够重建任何任意的低秩光谱时间的光信号与极少数的测量设置，没有任何\emph{ad hoc}假设的最初未知的信号。这是用量子脉冲门来实现的，量子脉冲门是一种灵活地实现投影到任意用户指定的光学模式上的设备。我们提出了结论性的实验结果的时间脉冲模式和频率箱，这展示了我们的随机压缩方法的多功能性，从而引入一个通用的光学重建框架，这些平台。
2021-05-26 quant-ph
Nonlinearity in Single Photon Detection: Modeling and Quantum Tomography
单光子探测器是量子光学和量子信息的重要组成部分。基于超导纳米线的探测器表现出新的性能水平，但没有公认的量子光学模型，这是有效的多个输入光子。通过执行探测器断层扫描，我们改进了最近提出的模型[M. K. Akhlaghi和A.H. Majedi，IEEE应用超临界流体学报。19，361（2009）]，并且还研究了这些检测器对光的非线性响应的方式，这对于某些应用是有价值的特征。我们开发了一个设备独立的模型，单光子探测器，采用这种非线性。
2011-08-18 quant-ph
Procrustes Tomography -- reconstructing noisy quantum channels made easy
University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩分校）；Quantum Science Institute, University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩分校量子科学研究所）；National Quantum Laboratory（国家量子实验室）
研究针对量子设备表征中昂贵的量子过程层析成像问题，提出普罗克汝斯忒斯层析成像方法，该方法在多方面优于现有方法，并通过有噪声量子信道典型示例展示了其效用。
2026-07-10 quant-ph
Scheme for coherent-state quantum process tomography via normally-ordered moments
在光量子过程层析成像中使用相干态是一种实用的方法。在这里，我们开发了一个框架，通过使用相干态作为探针的正常有序矩的量子光学过程的完整表征。我们导出了几种光学过程的超算符张量。我们还表明，我们的技术可以用来确定量子光学状态和过程的非经典特性。此外，我们研究了多模高斯过程的识别，并表明所需的探测相干态的数量与模式的数量呈线性关系。
2017-04-10 quant-ph
Optimal and two-step adaptive quantum detector tomography
量子探测器层析成像是用于校准量子器件和执行量子工程任务的基本技术。在本文中，我们设计的最佳探测器状态的检测器估计的最小上界的均方误差（UMSE）和最大的鲁棒性的基础上。我们建立了量子探测器的最小UMSE和最小条件数，并提供了具体的例子，可以实现最佳的探测器层析成像。为了提高估计精度，我们还提出了一种两步自适应探测器层析成像算法，以优化探头状态的基础上修改的保真度指标自适应。我们提出了一个充分条件时，我们的两步策略的估计误差成反比的状态副本的数量。此外，将相干态的叠加态作为探测态用于量子探测器层析成像，并分析了估计误差。数值结果表明，所提出的优化和自适应量子探测器层析成像方法的有效性。
2022-01-12 quant-ph
Efficient Convex Optimization for Bosonic State Tomography
Tsinghua University（清华大学）；Sun Yat-sen University（中山大学）；Hunan Normal University（湖南师范大学）；University of Macau（澳门大学）；Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）
本文提出基于凸优化的高效方法，用于高维和多模式玻色子态层析，通过改进计算和优化技术提升效率和可扩展性。
2025-12-02 quant-ph
Variational Approach to Quantum State Tomography based on Maximal Entropy Formalism
量子态层析成像是量子计算的一个组成部分，并为各种量子器件的验证提供了起点。态层析成像领域的中心任务之一是高保真地重建量子系统的量子态。从实际量子设备上的实验中，可以获得不同算子的平均测量值。以这样的数据作为输入，在本报告中，我们采用最大熵的形式主义，以构建最小偏置的混合量子态，是符合给定的期望值的集合。即使在原则上，报告的形式主义是相当普遍的，应该工作的任意一组观测，在实践中，我们将证明的有效性的算法上的信息完整（IC）集的厄米特算子。这样的集合具有唯一地指定单个量子态的优点，实验测量已经从该单个量子态被采样，并且因此呈现了不仅构造最小偏置的量子态而且甚至在预设容限内复制实验制备的精确状态的难得机会。该算法的主要工作是重新构造一个能量函数，我们指定为系统的有效哈密顿量，并将其参数化与拉格朗日乘子，根据最大熵的形式主义。此后，这些参数被变化地优化，使得系统的重构量子态在误差阈值内收敛到真实的量子态。为此，我们采用了一个参数化的量子线路和一个混合量子经典变分算法，以获得这样的目标状态，使我们的配方很容易实现的近期量子器件。
2022-06-06 quant-ph
Advancing quantum process tomography through quantum compilation
University of Information Technology（信息技术大学）；Vietnam National University（越南国立大学）；Nara Institute of Science and Technology（奈良先端科学技术大学院大学）；Tohoku University（东北大学）
本文提出基于量子编译的QPT框架，通过优化Kraus算符和Choi矩阵，减少测量和计算开销，实现高精度的量子过程重构，适用于不同噪声环境下的设备验证。
2026-02-05 quant-ph
