Strictly-complete measurements for bounded-rank quantum-state tomography
我们考虑量子态层析成像的问题,假设状态是纯的,更一般地说,它的秩是由一个给定的值$r$的限制。在这种情况下,出现了两个信息完全测量的概念:秩- $r$完全测量和秩- $r$严格完全测量。而在第一个概念中,秩- $r$状态从秩- $r$状态的集合内被唯一地标识,在第二个概念中,相同的状态从任何秩的所有物理状态的集合内被唯一地标识。因此,我们认为,严格完整的测量是兼容的凸优化,我们证明,他们允许强大的量子态估计实验噪声的存在。我们还表明,秩- $r$严格完整的测量是有效的秩- $r$完整的测量。我们构造严格完备测量的例子,并在矩阵完备的背景下给出其结构的完整描述。此外,我们数值计算表明,一些随机基地形成这样的测量。我们证明了效率的鲁棒性不同的严格完全测量的数值实验。因此,我们得出结论,只有严格完整的测量是有用的实际层析成像。
2016-05-06 quant-ph
Informational completeness in bounded-rank quantum-state tomography
我们考虑量子态层析成像问题的假设下,状态是纯的,更一般地说,它的秩有界的给定值。在这种情况下,出现了信息完整的POVM的新概念,它允许高保真状态估计与更少的测量结果比所需的任意秩状态。我们在矩阵完备的背景下研究这个问题,POVM结果只确定了几个密度矩阵元素。我们给出了一个解析解,充分刻画了信息的完备性,并阐明了密度矩阵的半正定性质在层析成像中的重要作用。我们展示了如何积极性可以施加一个更严格的概念,信息的完整性,并允许我们使用凸优化程序来鲁棒地估计有界秩密度矩阵中存在的统计噪声。
2016-05-10 quant-ph
Entanglement dynamics via Geometric phases in Trapped-ions
本文提出利用几何相作为工具评估囚禁离子系统中 Mølmer-Sørensen 门的性能并识别噪声,发现几何相对时钟脉冲时间两倍附近的环境噪声高度敏感,提供了一种无需全态层析即可检测纠缠和分类噪声的实用方法。
2025-10-11 quant-ph
Diluted maximum-likelihood algorithm for quantum tomography
我们提出了一种改进的迭代似然最大化算法,用于从一组层析测量重建量子态。该算法的特点是具有很高的收敛速度,并具有一个简单的自适应过程,确保似然增加,在每一个迭代和收敛到极大似然状态。将该算法应用于囚禁离子光学态的零拍层析和纠缠自旋态的量子层析,并研究了其收敛性。
2007-02-22 quant-ph
Statistically efficient tomography of low rank states with incomplete measurements
构造物理上相关的低维态模型和设计合适的测量方法是解决大尺度系统量子态层析成像的关键问题。我们考虑的统计问题,估计低秩状态的多离子断层扫描的设置,并探讨如何估计误差的行为与测量设置的数量减少,与标准的离子断层扫描设置。我们提出了广泛的模拟结果表明,相对于一个给定的秩的状态的选择,设置的随机选择的错误是鲁棒的,并且设置的数量可以显着减少,只有一个可以忽略不计的错误增加。我们提出了一个参数来解释这些发现的基础上的集中不等式的Fisher信息矩阵。在随机基测量的更一般的设置中,我们使用这个参数来表明,对于某些秩$r$状态,在$O(r\log d)$基中测量就足以获得所有基上的平均Fisher信息。我们提出了数值证据的国家多达8个原子,支持一个猜想的下限的Fisher信息,如果属实,将意味着一个类似的行为的情况下,泡利基地。压缩感知中的类似问题的关系也进行了讨论。
2015-10-23 math-ph math.MP quant-ph
Sparse projections onto the simplex
大多数具有秩或稀疏性约束的学习方法使用凸松弛,这导致使用核范数或$\ell_1$范数进行优化。然而,几个重要的学习应用程序不能受益于这种方法,因为他们的特点,这些凸规范的约束,除了非凸秩和稀疏性约束。在这种情况下,我们推导出有效的稀疏投影到单纯形及其扩展,并说明如何使用它们来解决量子断层扫描,稀疏密度估计和非凸约束的投资组合选择中的高维学习问题。
2013-04-10 cs.LG stat.ML
Regularization of Riemannian optimization: Application to process tomography and quantum machine learning
TUD Dresden University of Technology(德累斯顿工业大学);Stevens Institute of Technology(史蒂文斯理工学院)
本文提出在黎曼优化中加入秩惩罚正则化项,用于量子信道优化,在过程层析成像中加速收敛并提高保真度,在分类任务中降低信道秩且保持精度,揭示数据所需最小秩。
2026-09-28 quant-ph
Quantum Tomography via Compressed Sensing: Error Bounds, Sample Complexity, and Efficient Estimators
直觉上,如果一个密度算子的秩很小,那么它应该更容易从实验数据中估计出来,因为在这种情况下,只需要学习几个特征向量。我们证明了两个互补的结果,证实了这种直觉。首先,我们证明了一个低秩密度矩阵可以使用较少的状态副本来估计,即,层析成像的样本复杂度随着秩而降低。其次,我们表明,未知的低秩状态可以重建从一个不完整的测量集,使用压缩感知和矩阵完成技术。这些技术使用简单的泡利测量,并且可以在不对未知状态进行任何假设的情况下对其输出进行认证。基于低秩矩阵的限制等距性,给出了一种新的压缩层析成像理论分析。使用这些工具,我们获得了接近最佳的误差界,为现实的情况下,数据包含噪声,由于有限的统计,和密度矩阵是满秩的衰减特征值。我们还获得了压缩层析成像的样本复杂性的上限,几乎匹配的任何程序的样本复杂性的下限,使用自适应序列的泡利测量。使用数值模拟,我们比较了两个压缩感知估计与标准的最大似然估计(MLE)的性能。我们发现,在可比的实验资源,压缩感知估计始终产生更高的保真度的状态重建比MLE。此外,使用一组不完整的测量值会导致更快的经典处理,而不会损失精度。最后,我们将展示如何使用直接保真度估计来证明低秩估计的准确性,并且我们描述了一种适用于小Kraus秩过程的压缩量子过程层析成像方法。
2012-05-18 quant-ph
Rank-Adaptive Matrix-Free Atomic Quantum State Tomography
Univ. of Minnesota(明尼苏达大学)
针对多量子比特系统密集重建难的问题,提出基于秩一原子坐标的秩自适应无矩阵方法用于低秩量子态层析成像,结合多种操作,通过秩惩罚调整表示大小,模拟显示其在精度、运行时间和内存方面有良好权衡。
2026-07-23 eess.SP quant-ph
Tomography by Design: An Algebraic Approach to Low-Rank Quantum States
Leuven.AI - KU Leuven institute for AI(Leuven.AI - KU莱顿人工智能研究所)
提出一种代数算法,通过测量特定可观测量估计密度矩阵的结构化条目,并利用低秩假设通过数值线性代数完成矩阵,实现高效且确定性的量子态层析。
2026-06-02 cs.AI cs.NA eess.SP
Experimental quantum state tomography of a solid state qubit
利用全量子态层析技术对掺杂在Y2 SiO 5晶体中的Pr 3+离子的两个超精细能级实现的基于系综的量子比特的状态进行了表征。我们通过实验验证了使用Roos-Moelmer暗态方案可以抑制由于系综不均匀性引起的单量子比特旋转误差。实现了> 90%以上的保真度,可能受到激发态退相干的限制。尽管在Roos-Moelmer方案中没有明确考虑,但由于超精细跃迁的不均匀加宽而导致的退相干似乎也在很大程度上受到抑制。
2007-08-06 quant-ph
A note on tomography of states with low stabilizer rank
IBM Research, Cambridge(IBM 剑桥研究院)
本文提出针对低稳定子秩量子态的层析成像协议,运行时间为多项式级别,并改进稳定子扩展度的上界至指数级,可高效处理 $k=O(\log n)$ 的情形。
2026-10-05 quant-ph
Spectral thresholding quantum tomography for low rank states
高维量子态的估计是当前量子技术应用中的一个重要统计问题。一个关键的例子是多离子状态的层析成像,用于离子阱实验\cite{Haffner2005}中状态准备的验证。由于完全层析成像变得不可行,即使对于少量的离子,有必要调查低维的统计模型,捕获有关状态的先验信息,并设计适合于这种模型的估计方法。在本文中,我们提出了几种新的方法,旨在有效地估计低秩状态的多离子层析成像。所有的方法都是首先计算最小二乘估计,然后将其截断为适当选择的较小秩。后者是通过将低于某个“噪声水平”的特征值设置为零,同时保持其余不变,或对其进行适当的归一化来完成的。我们表明,(在空间维度的对数因子)所得到的估计尺度的均方误差为$r\cdot d/N$,其中$r$是秩,$d=2^k$是希尔伯特空间的维数,和$N$是量子样本的数量。此外,我们建立了一个下界的渐近极小极大风险,这表明上述标度是最佳的。在广泛的模拟研究中的估计器的性能进行了分析,重点是对国家排名的依赖,和测量重复的数量。我们发现,所有的估计执行显着更好的最小二乘法,与“物理估计”(这是一个真正的密度矩阵)略优于其他估计。
2015-04-30 math-ph math.MP math.ST
Quantized Low-Rank Quantum State Tomography: Hyperbolic Quantization and Riemannian Least-Squares Recovery
University of Central Florida(中佛罗里达大学);Michigan State University(密歇根州立大学);Wuhan University(武汉大学)
该研究针对有限比特泡利批量响应的低秩量子态层析问题,提出HyperQuant量化器与QuantRGD方法,建立相关恢复保证与比特- shots权衡,通过实验验证其有效性。
2026-08-31 cs.IT math.IT quant-ph
SSP-QST: Spectral Subspace Purification for Photonic Quantum State Tomography
Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院)
研究针对光子量子传感中实际量子态层析成像的本征值污染问题,提出谱子空间纯化方法SSP-QST,它是秩自适应后处理层,无需秩先验等,模拟中实现高保真度并提高测量效率,为量子传感提供可靠轻量级重建方法。
2026-07-27 quant-ph
Process tomography of ion trap quantum gates
利用俘获离子进行量子信息处理的关键构件是受控非量子门。在本文中,两个不同的序列的激光脉冲实现这样的门操作进行了分析,使用量子过程层析成像。单门操作的保真度高达92.6(6)%,两个级联门操作的保真度高达83.4(8)%。通过过程层析成像,我们评估了不同的实验实现的门的性能,并证明了振幅整形激光脉冲的优势,简单的方形脉冲。我们还研究了级联门的性能是否可以从单门的分析中推断出来。
2006-09-29 quant-ph
Statistical analysis of low rank tomography with compressive random measurements
我们考虑的统计问题的“压缩”估计的低秩状态与随机基础的测量,其中的估计误差表示的两个度量-Frobenius规范和量子保真度。众所周知,与一般的全态层析成像不同,低秩状态可以从减少数量的可观测量的期望中识别出来。在这里,我们调查是否为一个固定的样本大小$N$,与“压缩”测量设置的估计误差是“接近"的设置,其中大量的基地进行测量。在Frobenius范数方面,我们证明,对于所有的状态,只有$O(r \log{d})$随机基测量的误差达到最佳速率$rd/N$。我们提供了一个说明性的例子,一个单一的量子位,并证明了浓度的弗罗贝纽斯错误的最佳所有量子位状态。在量子不保真度方面,我们证明了这样的浓度并不均匀地存在于所有的状态。具体来说,我们表明,对于几乎纯的和接近布洛赫球表面的状态,平均不忠尺度为$1/\sqrt{N}$,但常数收敛到零的设置的数量增加。这表明在这个度量中几乎纯态的“压缩”恢复的缺乏。
2016-09-13 math-ph math.MP quant-ph
Modern compressive tomography for quantum information science
这篇综述是对自2019年以来开发的现代压缩断层扫描的简要介绍。这些方案用于表征任意低秩量子对象,无论是未知状态、过程还是检测器,使用最小的测量资源(因此是压缩的),而没有任何\emph{a priori}假设(秩、稀疏性、本征基、\emph{etc})。关于量子物体本文包含了相当数量的技术细节,让量子信息社区开始应用这里讨论的方法。为了促进对压缩层析成像的制定逻辑和物理的理解,理论概念和重要的数值结果(新的和交叉引用的)应以教学的方式呈现。
2021-08-10 quant-ph
Excitation spectra and rank tomography of finite MPS tangent spaces
Università di Trento(特伦托大学);Max Planck Institute for Mathematics in the Sciences(马克斯·普朗克数学科学研究所);INO-CNR Pitaevskii BEC Center(意大利国家研究委员会光学研究所皮塔耶夫斯基玻色-爱因斯坦凝聚中心)
为研究具有开放边界条件的非均匀量子多体系统激发谱,提出矩阵积态代数簇的切空间方法,引入MPS切空间秩断层扫描,以玻色-哈伯德模型为例说明该方法能重现低激发并捕捉Mott绝缘体到超流体转变的有限尺寸前兆。
2026-10-08 cond-mat.quant-gas quant-ph
Identifiability in Quantum State, Process, and Network Tomography
CONNECT Research Centre, School of Engineering, Trinity College Dublin(都柏林三一学院工程学院连接研究中心);Manning College of Information and Computer Science, University of Massachusetts Amherst(马萨诸塞大学阿默斯特分校曼宁信息与计算机科学学院);Department of Computing, School of Science, South East Technological University(东南理工大学理学院计算系)
本文通过费舍尔信息矩阵统一研究量子态、过程和网络层析成像的可辨识性,证明QNT的秩等于路径-链路矩阵秩,并揭示IC设置下QST/QPT满秩而QNT可能失秩。
2026-09-15 quant-ph
Online Quantum State Tomography via Stochastic Gradient Descent
本文提出非凸小批量随机梯度下降算法用于在线量子态层析成像,利用低秩结构,实现线性收敛和近乎最优样本复杂度,时间复杂度优于现有方法。
2025-07-10 quant-ph
Post-field ionization of Si clusters in atom probe tomography: A joint theoretical and experimental study
针对原子探针层析成像中质荷比相同的离子峰重叠导致定量误差的问题,本研究基于后场电离机制提出实验后分析方法,结合硅团簇实验与Kingham理论验证可行性,并测试了方法的跨体系适用性。
2022-07-11 physics.app-ph physics.atm-clus quant-ph
Adaptive compressive tomography: a numerical study
我们对最近发表的自适应压缩层析成像方案进行了数值研究[D. Ahn等人,Phys.Rev.Lett. 122,100404(2019)],这大大减少了测量设置的数量,以明确地重建任何秩亏状态,而无需除其维度之外的任何先验知识。我们表明,我们的自适应方案选择的纠缠和产品基地执行最近已知的压缩传感元件探测测量,也击败随机测量基地的低秩量子态。我们还推测这个数字作为我们的自适应计划的状态秩的函数的渐近标度行为。这些比例公式似乎与希尔伯特空间维数无关。作为一个自然的发展,我们建立了一个更快的混合压缩方案,首先选择随机基,然后随着方案的进展选择自适应基。作为结语,我们重申我们的自适应计划的信息完整性的重要因素。
2019-05-09 quant-ph
Compressed Sensing Tomography for qudits in Hilbert spaces of non-power-of-two dimensions
低秩矩阵恢复技术是D。Gross等人[Phys.Rev.Lett. 105,150401(2010)],其中他们考虑了$n$自旋- $1/2$系统的层析成像。对于具有$r \ll 2^n$的维数$d = 2^n$和秩$r$的密度矩阵,证明了随机选择的$O(dr \log(d)^2)$阶的泡利测量足以通过运行特定的凸优化算法来完全重构密度矩阵。结果利用了泡利算子基的低算子范数,这使得它与低秩矩阵“不相干”。对于非二次幂的$d$维度的量子系统,泡利测量是不可用的,并且可以考虑使用SU($d$)测量。在这里,我们指出,SU($d$)运营商,由于他们的高运营商规范,不提供一个显着的节省所需的测量设置的数量成功恢复所有的秩- $r$状态。我们提出了另一种策略,在该策略中,量子信息被交换到一个幂2系统的子空间中,最多只使用$\textrm{poly}(\log(d)^2)$门,随后通过执行$O(dr \log(d)^2)$泡利测量来实现QST。我们发现,尽管增加了维数,这种方法是更有效的比一个使用SU($d$)测量。
2020-07-06 quant-ph
An Improved Sample Complexity Lower Bound for (Fidelity) Quantum State Tomography
我们证明了为了学习具有$1 - ε$保真度的经典描述,未知秩- $r$,维数- $d$量子混合态的$Ω(rd/ε)$拷贝是必要的。这改进了由Haah等人和Wright获得的层析成像下限(当相对于保真度函数测量接近度时)。
2022-12-31 quant-ph
Pure-State Quantum Tomography with Minimal Rank-One POVMs
本文研究纯态量子层析中最小秩一POVM的vital性,证明n维空间中其大小在实数域和复数域的严格上界并给出构造,还揭示实数情形下与区组设计的联系及显式构造。
2025-11-12 cs.IT math.CO math.IT
Pseudo-Bayesian Quantum Tomography with Rank-adaptation
量子态层析成像是量子信息处理中的一项重要任务,其目的是从预先准备好的测量数据中重建一个状态。贝叶斯方法被认为是估计量子态\cite{blume2010optimal}的一种可靠的方法。数值计算结果表明,在$1$ -量子比特状态恢复问题中,贝叶斯估计与其他方法相当,甚至优于其他方法。然而,在$n$量子比特的一般情况下选择先验分布的问题并不简单。更重要的是,贝叶斯类型估计的统计性能还没有从理论的角度进行研究。在本文中,我们提出了一种新的量子态(密度矩阵)的先验,我们定义的密度矩阵的伪贝叶斯估计。然后,使用PAC-Bayesian定理,我们推导出后验均值的收敛速度。这些估计的数值性能进行了测试模拟和真实的数据集。
2016-10-10 math-ph math.MP math.ST
A Block Tensor Train Burer-Monteiro Framework for Low-Rank Quantum State Tomography
提出基于块张量列分解的低秩量子态层析框架,将密度矩阵参数化压缩至线性规模,并开发DMRG算法,实现从有限测量中高效精确重建量子态。
2026-09-10 cs.LG cs.NA eess.SP
Efficient factored gradient descent algorithm for quantum state tomography
本文提出结合状态因子化、特征值映射和动量加速梯度下降的高效量子态层析方法,有效解决秩亏问题,显著提升精度与收敛速度,并在一分钟内完成11量子比特混合态重建。
2024-07-08 physics.data-an quant-ph
Near-optimal incoherent tomography of low-rank quantum channels
University of Pennsylvania(宾夕法尼亚大学);University Mohammed VI Polytechnic(穆罕默德六世polytechnic大学)
本研究针对低秩量子信道,提出近最优的非相干层析成像算法,在特定条件下达到最优查询复杂度,对一般信道则通过矩阵乘法权重更新实现近匹配上界。
2026-09-22 quant-ph
Constrained Quantum Tomography of Semi-Algebraic Sets with Applications to Low-Rank Matrix Recovery
我们分析量子态层析成像的情况下,测量和状态都受到约束。状态被假设为生活在状态空间的半代数子集和测量应该是秩一POVM,可能有额外的约束。具体来说,我们考虑的冯诺依曼测量和本地观测集。我们提供的最小数量的测量设置或结果,需要在给定的集合内区分所有状态的上限。边界利用工具,从真正的代数几何,并导致通用的结果,不仅表现出良好的测量的存在,但保证几乎所有的测量具有相同的尺寸特性执行同样好。特别是,我们表明,在一个$n$维希尔伯特空间的半代数子集的任何两个状态可以区分$k$通用冯诺依曼测量,如果$k(n-1)$是大于两倍的子集的尺寸。在情况下的子集是由国家的排名最$r$,我们表明,$k$通用冯诺依曼测量足以区分任何两个国家提供的$k(n-1)>4r(n-r)-2$。在紧框架诱导线性测量映射的情形下,我们得到了厄米矩阵的低秩矩阵恢复的相应结果。
2017-01-21 cs.IT math-ph math.IT
Efficient quantum tomography
在量子态层析成像问题中,人们希望估计未知的$d$维混合量子态$ρ$,给出几个副本。我们表明,$O(d/ε)$副本足以获得估计$\hatρ$,满足$\|\hatρ - ρ\|_F^2 \leq ε$(具有高概率)。一个直接的结果是,$O(\mathrm{rank}(ρ) \cdot d/ε^2) \leq O(d^2/ε^2)$拷贝足以获得标准迹线距离中的$ε$精确估计。这改进了用于全断层摄影的$O(d^3/ε^2)$拷贝的最佳已知先验结果,并且甚至改进了用于谱估计的$O(d^2\log(d/ε)/ε^2)$拷贝的最佳已知先验结果。我们的结果是第一次表明,非平凡的断层扫描可以得到使用的副本,只是线性的尺寸。接下来,我们推广这些结果,表明可以执行有效的主成分分析$ρ$。我们的主要结果是,$O(k d/ε^2)$拷贝足以输出秩- $k$近似$\hatρ$,其迹距离误差至多是$ε$大于最佳秩- $k$近似$ρ$的迹距离误差.这包含了我们的上述迹距离层析成像结果,并将其推广到当$ρ$不保证为低秩时的情况。证明的一个关键部分是我们的频谱学习结果的类似推广:我们表明,$ρ$的最大$k$特征值可以估计为使用$O(k^2/ε^2)$副本的跟踪距离误差$ε$。反过来,这一结果依赖于一个新的耦合定理有关的Robinson-Schensted-Knuth算法,应该是独立的组合利益。
2015-09-13 cs.DS quant-ph
Quantum state tomography via compressed sensing
建立了基于压缩感知的量子态层析成像方法。这些方法专门用于相当纯的量子态,并且它们在大型量子系统上提供了显着的性能改进。特别是,与需要d^2设置的标准方法相比,它们能够使用O(rd log^2 d)测量设置来重建维度为d且秩为r的未知密度矩阵。我们的方法有几个特点,使他们服从实验实施:他们只需要简单的泡利测量,使用快速凸优化,对噪声是稳定的,并可以应用于状态,只有近似低秩。所获得的数据可以用来证明状态确实接近纯态,因此不需要先验假设。我们提出了理论界和数值模拟。
2010-08-16 quant-ph
Distinguishing between statistical and systematic errors in quantum process tomography
一般认为,量子物理中的每一个过程都可以用一个完全正的映射来描述。然而,由于统计或系统误差,实验重建的过程不一定是完全正的。本文介绍了一种判别统计误差和系统误差的检验方法,该方法对于解释实验重建的非完全正映射是必要的,并通过实验和模拟给出的几个例子说明了该检验方法的意义。特别是,我们演示实验如何测量系统和它的环境之间的初始相关性导致实验重建的地图与负特征值。这些实验是使用原子171 Yb+离子限制在一个线性的保罗陷阱,解决和相干操纵的射频辐射。
2019-01-22 quant-ph
Approximate Message Passing for Quantum State Tomography
North Carolina State University(北卡罗来纳州立大学);University of Central Florida(中佛罗里达大学)
本文提出利用近似信息传递算法实现低秩量子态重构,通过优化算法降低重建误差,提升重构精度并验证设备噪声影响
2026-01-05 cs.DS cs.IT math.IT
Quantum process tomography of a Mølmer-Sørensen gate via a global beam
我们提出了一个框架的量子过程层析成像的两个离子的相互作用,利用调制的捕获电位和复合脉冲从全球激光束,以实现个人离子寻址。身份和延迟过程的层析成像分析揭示了层析成像实验过程中激光退相干和慢量子比特频率漂移的主要误差贡献。我们使用这个框架上的两个共同捕获的$^{40}$钙$^+$离子分析优化和一个压倒性的莫默-Sørensen门,并比较这种分析的结果,一个信息较少的贝尔状态断层扫描测量和预测的基础上,一个简化的噪声模型。这些结果表明,该技术是有效的两离子量子过程的表征和提取有意义的信息存在于系统中的错误。这种方法的实验方便,将允许更广泛地使用过程层析成像的特征纠缠门在捕获离子系统。
2021-04-20 physics.atom-ph quant-ph
Shadow tomography on general measurement frames
本文将影子层析纳入测量框架理论,证明经典影子是对偶框架导出的无偏估计量,并推广 Huang 等人的方法,实现紧秩-1框架下样本数不随维度增长的可观测量估计。
2023-11-08 quant-ph
Scalable multi-particle entanglement of trapped ions
在各种纠缠态中,“W态”扮演着重要的角色,因为它的纠缠即使在粒子丢失的情况下也是最大的持续和鲁棒的。这些态是量子信息处理和多方量子通信的核心资源。在这里,我们报告的四,五,六,七,八粒子纠缠态的W型与被困离子的可扩展性和确定性的产生。我们获得最大可能的信息,这些国家通过执行充分的表征,通过状态层析成像,使用单独的控制和检测的离子。详细的分析证明了纠缠是真实的。这种多粒子纠缠态的可用性,以及以其密度矩阵形式提供的全部信息,为多粒子纠缠的理论研究创造了一个实验平台。独立地,格林伯格-霍恩-蔡林格纠缠态与多达六个离子已创建和分析在博尔德。
2006-03-23 quant-ph
Bell inequality violation with two remote atomic qubits
我们观察到违反贝尔不等式之间的量子态的两个远程Yb离子的距离约为一米的检测漏洞关闭。两个离子的纠缠是通过对两个光子的干涉和联合探测而建立的,光子的偏振与每个离子纠缠。远程量子比特的纠缠也被表征为全量子态层析。
2008-01-14 quant-ph
Informationally complete POVM-based shadow tomography
最近引入的阴影层析成像协议使用量子态的经典阴影来预测未知量子态的许多目标函数。与全量子态层析成像不同,阴影层析成像不坚持精确恢复高阶混合态的密度矩阵。然而,这样的协议基于中等数量的量子测量以高置信度做出多个准确预测。由Huang、Kueng和Preskill arXiv提出的一种特别有影响力的算法需要额外的电路来执行某些随机酉变换。在本文中,我们避免这些转换,但采用任意的信息完全POVM,并表明这样的程序可以计算k位关联函数的量子态可靠。我们还表明,对于这种应用程序,我们不需要的平均值的过程中的黄等人。最后,我们讨论了关联函数的计算和低秩密度矩阵重建的保真度之间的对比。
2021-05-26 cs.IT math.IT quant-ph
Optimal Low-Rank Quantum State Tomography with Bounded-Sample Joint Measurements
University of Waterloo(滑铁卢大学);University of British Columbia(不列颠哥伦比亚大学)
本研究确定了低秩量子态层析成像在每次测量最多作用于t个样本时的最优样本复杂度,并证明联合测量至多带来√t倍提升,且r²阶联合测量即可达到集体速率。
2026-10-06 cs.DS cs.IT cs.LG
Eigenstate extraction with neural-network tomography
我们讨论了量子态层析成像通过逐步重建的本征态的混合态在实验中产生的。我们的方法是针对实验相关类的近纯态或简单的混合态,表现出主导的本征态,从而借给自己的低秩近似。该方案适用于任何纯态层析成像方法,将其推广到混合态层析成像。在这里,我们用基于量子态的神经网络表示的机器学习启发的纯态断层扫描来证明它。后者已被证明可以有效地近似大型量子系统的复杂(纯)态的通用类。我们测试我们的方法,将其应用到实验数据与四到八个量子比特的捕获离子实验。
2020-09-01 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
Enhancing quantum state tomography via resource-efficient attention-based neural networks
本文提出一种结合注意力神经网络的量子态层析协议,在有限统计量下显著提升重建保真度并大幅减少训练数据,可用于自旋压缩产生的多体纠缠计量资源认证。
2024-09-04 cond-mat.quant-gas quant-ph
Joint Quantum-State and Measurement Tomography with Incomplete Measurements
量子态的估计和测量是实现量子信息协议的关键。每种方法的标准方法是量子断层扫描。然而,量子层析成像遭受由系统的不完善知识引起的系统误差。我们提出了一个程序,同时表征量子态和测量,减轻系统误差通过使用一个单一的高保真状态准备和有限的一组高保真幺正操作。这样的状态和操作是许多最先进的系统的典型。对于这种情况下,我们设计了一组实验和优化算法,交替最大化之间的可能性相对于状态和测量,以产生每个的估计。在某些情况下,该过程不能实现状态的唯一估计。对于这些情况下,我们将展示如何可以确定一组兼容的测量密度矩阵,并使用一个半定的程序来放置状态的期望值的界限。我们演示的过程中的数据从一个模拟实验与两个被困离子。
2018-10-17 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
Adaptive compressive tomography with no a priori information
量子态层析成像是量子信息和计算领域的重要组成部分,也是一项艰巨的任务,随着系统维度的增长,需要大量的测量配置。我们提出并实验性地实施了一种直观的自适应压缩层析成像方案,该方案受到信号恢复中传统压缩传感协议的启发,极大地减少了唯一重建任何给定量子态所需的配置数量,而无需任何额外的先验假设(例如关于状态的秩信息、纯度等),除了它的维度之外。
2019-02-07 quant-ph
Symmetric minimal quantum tomography by successive measurements
我们考虑在d能级系统的Hilbert空间中通过两步测量过程实现对称信息完全概率算子测量(SIC POM):具有高秩结果的对角算子测量,然后根据第一次测量的结果选择基中的秩1测量。我们发现,任何海森堡-外尔群协变SIC POM可以实现这样的序列,其中第二次测量是简单的傅立叶基的测量,独立于第一次测量的结果。此外,至少对于研究的特定情况下,2,3,4,和8维,该计划揭示了一个意想不到的相互无偏基地和SIC POM之间的操作关系,前者被用来构建后者。作为两步测量过程的实验室应用,我们提出了可行的光学实验,将实现SIC POM在各种尺寸。
2012-03-08 quant-ph
Individual addressing of trapped $^{171}$Yb$^+$ ion qubits using a MEMS-based beam steering system
单独操纵数量不断增加的量子比特的能力是对具有捕获离子的可扩展量子信息处理的许多挑战之一。利用微机电系统(MEMS)技术制造的微反射镜,我们将激光束聚焦在线性链中的单个离子上,并在二维中控制焦点。我们演示了多个$^{171}$ Yb $^+$量子位上的顺序单量子位门,并使用量子态层析来表征门的性能。我们的系统具有可忽略不计的串扰相邻离子($< 3\times 10^{-4}$),和开关速度相当于典型的单量子位门时间($<$ 2 $μ$ s)。
2014-09-18 physics.atom-ph quant-ph
Sample-optimal single-copy quantum state tomography with shallow-depth measurements
NextQuantum Center, Department of Physics and Astronomy, and Institute of Applied Physics, Seoul National University(首尔大学量子未来中心、物理与天文学系及应用物理研究所)
研究通过浅深度测量实现单拷贝量子态层析成像,引入基于对数深度局部电路的无辅助单拷贝QST协议,对特定态实现样本最优,满秩混合态消除对数开销,表明可通过浅深度测量实现样本最优的QST。
2026-08-19 quant-ph
Compressive gate set tomography
在现实假设下识别和量化实验缺陷的灵活表征技术对于量子计算机的发展至关重要。门集层析成像是一种表征方法,其同时且自洽地从实验数据中提取整组量子门的实现以及初始状态和测量的层析成像描述。获得实验实现的如此详细的图片与对序列数量及其设计的高要求相关联,使得门集层析成像即使对于只有两个量子位也是一项具有挑战性的任务。在这项工作中,我们表明,低秩近似的门集可以从显着更少的门序列,它是足够的,以随机绘制。处理相干噪声的关键任务需要这样的层析成像信息。为此,我们制定的数据处理问题的门集层析成像的秩约束张量完成问题。我们提供了一个算法来解决这个问题,同时尊重通常的积极性和规范化的量子力学的约束,通过使用二阶几何优化方法在复杂的Stiefel流形。除了减少序列,我们证明了数值算法不依赖于结构化的门集或精心设计的电路来稳健地执行门集断层扫描。因此,它比传统方法更灵活。我们还演示了如何在阴影估计协议的相干误差可以减轻使用估计门集断层扫描。
2023-01-13 quant-ph
Optimal lower bounds for quantum state tomography
本文证明了量子态层析的样本复杂度下界为 $\Omega(rd/\varepsilon^2)$,与已知上界匹配,通过投影仪层析和 Bures 距离归约技术解决了混合态层析的样本复杂度问题。
2025-10-09 cs.CC cs.DS quant-ph
Investigating Pure State Uniqueness in Tomography via Optimization
The Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学);The University of Texas at Dallas(德克萨斯大学达拉斯分校)
本文通过优化方法研究纯态唯一性,提出统一框架解决UDP和UDA确定问题,揭示量子态在三个唯一性类别中的分布。
2024-12-31 quant-ph
Tensor Train Quantum State Tomography using Compressed Sensing
KU Leuven(鲁汶大学);Leuven.AI - KU Leuven institute for AI(鲁汶人工智能——鲁汶大学人工智能研究所)
本文提出利用张量列车分解和压缩感知技术,高效重构量子态,适用于多种量子态的低秩近似。
2025-06-30 cs.AI eess.SP math.OC