Quantum tomography with random diagonal unitary maps and statistical bounds on information generation using random matrix theory
我们研究量子层析成像从一个连续的测量记录，通过测量的期望值的厄米特运营商从一个初始的可观察到的幺正演化得到的一组。为此，我们考虑在每个时间步长的固定基中应用随机酉对角，并使用测量记录的Fisher信息和与估计的协方差矩阵的特征值相关联的Shannon熵来量化层析成像中的信息增益。令人惊讶的是，即使测量记录在信息上不完整，使用固定基中的随机酉对角线也可以获得非常高的重建保真度。然后，我们将其与在每个时间步通过应用不同的Haar随机酉所生成的信息和获得的一致性进行比较。我们给出了一个上限的最大信息，可以在层析成像，并表明，从Wishart-Laguerre合奏的随机矩阵和相关的Marchenko-Pastur分布的协方差矩阵饱和这个界限。我们发现，从物理上讲，这对应于每个时间步应用不同的哈尔随机么正。我们表明，重复应用随机对角酉给出了一个协方差矩阵，对应于一个新的合奏随机矩阵的层析成像估计。我们分析和数值估计本合奏的特征值，并显示信息增益从下面的波特-托马斯分布的范围。
2021-08-30 quant-ph
Non-local Operations: Purification, storage, compression, tomography, and probabilistic implementation
我们提供了先前引入的作用于两个系统和纠缠态的物理操作之间的同构的几个应用[1]。我们展示：（i）如何实现具有少量纠缠的（弱）非局部两量子比特幺正操作;（ii）已知的、有噪声的、非局部幺正操作以及未知的、有噪声的、局部幺正操作可以被纯化;（iii）如何执行任意的、未知的、非局部操作的层析成像;（iv）可以存储和压缩一组局部酉操作以及一组非局部酉操作;（v）如何概率地实现光子的两量子比特门。我们还展示了如何压缩一组二体纠缠态的本地，以及如何实现某些非本地测量使用少量的纠缠。最后，我们将我们的一些结果推广到多方系统。
2000-12-29 quant-ph
Quantum State and Process Tomography via Adaptive Measurements
通过$adaptive$测量研究了纯态的量子态层析成像（QST）和幺正信道的量子过程层析成像（QPT）.对于具有$d$维Hilbert空间的量子系统，我们首先提出了一种自适应协议，其中仅使用$2d-1$测量结果来完成对$all$纯态的QST。然后将这一思想扩展到酉通道的QPT研究中，构造了一个任意酉通道的$d^2+d-1$测量结果的自适应酉过程层析成像（AUPT）协议.我们在一个2量子比特的核磁共振系统中实验实现了AUPT协议。我们研究的性能AUPT协议时，分别应用到Hadamard门，$T$门（$π/8$相位门），和受控非门，因为这些门形成通用的门设置量子信息处理的目的。作为比较，标准QPT也实现了每个门。我们的实验结果表明，AUPT协议，通过自适应测量重建酉信道显着减少了标准QPT所需的实验数量，而没有相当大的保真度损失。
2016-04-21 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
Self-calibrating Quantum State Tomography
我们介绍和实验证明了一种技术，用于执行量子态层析成像的多量子比特状态，尽管不完整的知识用于改变测量基础的酉操作。给定具有未知旋转角度的幺正操作，我们的方法可以用来重建直到局部sigma-z旋转的状态的密度矩阵，以及恢复未知旋转角度的大小。我们展示了高保真度自校准断层扫描偏振编码的单光子和双光子状态。未知的单一操作通过两种方式实现：使用双折射聚合物片--廉价的智能手机屏幕保护器--或者具有可调延迟的液晶波片。我们探索我们的技术如何可以适应量子态层析成像系统，如生物分子的跃迁偶极矩的大小和方向是不知道高精度。
2012-08-02 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
Entanglement structure of adjoint representation of unitary group and tomography of quantum states
讨论了复合自旋系统的密度矩阵与酉群U（n）的伴随表示的关系。纠缠结构被引入作为一个额外的成分进行伴随表示的线性空间的描述。密度算子的正映射与随机矩阵有关。利用量子态的层析概率描述，将量子态的可分性和纠缠性问题表述为多个随机变量的联合概率分布的条件，该联合概率分布表示为描述子系统的随机变量的概率乘积的凸和。讨论的属性作为一个可能的标准分离或纠缠。给出了有限矩阵和无限矩阵正性的简便判别法。介绍了多粒子自旋态的U（n）层析图。纠缠措施被认为是在这个断层照片。
2003-10-03 quant-ph
Quantum Control and Quantum Tomography on Neutral Atom Qudits
中性原子系统是开发和测试量子控制和测量技术的一个有吸引力的平台。本论文以$^{133}$ Cs原子电子基态的16维超精细流形为实验平台，对超精细流形的控制和测量工具进行了实验研究。在控制方面，我们提出了一个实验实现的协议，实现强大的酉变换存在的静态和动态扰动。我们还提出了一个实验实现的非均匀量子控制。具体来说，我们证明了我们的能力，执行两个不同的酉变换的原子，看到不同的光位移从一个光学寻址领域。在测量方面，我们提出了量子态和过程层析成像的实验实现。国家层析成像项目包括几个测量策略和状态估计算法的综合评价。我们的实验结果表明，在实验的不完善的存在下，有一个明确的权衡之间的准确性，效率和鲁棒性的重建。过程层析成像项目涉及通过使用一组智能探头状态进行有效重建的实验演示。实验结果表明，我们能够重建维数从$d = 4$到$d = 16$的Hilbert空间中的酉映射。据我们所知，这是第一次，在$d = 16$幺正过程是成功地在实验室重建。
2017-06-20 quant-ph
Variational quantum process tomography
量子过程层析成像是一种完全表征未知量子过程的实验技术。标准的量子过程层析成像遭受随着系统尺寸的增加而呈指数缩放的测量数量。在这项工作中，我们提出了一个量子机器学习算法，近似编码的未知幺正量子过程到一个相对浅的深度参数量子线路。我们证明了我们的方法，通过重建幺正量子过程产生的量子哈密顿演化和随机量子电路$8$量子比特。结果表明，这些量子过程可以重建高保真度，而所需的输入状态的数量至少是$2$数量级小于所需的标准量子过程层析成像。
2021-08-05 quant-ph
Quantum State Tomography and Quantum Games
利用博弈广义量子化方案的数学框架，发展了一种单比特量子态层析技术。在我们的技术中，Alice发送一个未知的纯量子态给Bob，Bob将其附加为|0><0|然后在附加的量子态上应用幺正算子，并找到Alice和他自己的收益。它表明，对于一个特定的一组酉算子，这些元素变得等于一个未知的量子态的斯托克斯参数。用这种方法可以测量和重建一个未知的量子态。严格地说，这种技术不是一个游戏，因为不涉及任何战略竞争。
2011-07-27 quant-ph
Quantum Process Tomography of Unitary Maps from Time-Delayed Measurements
本研究提出基于Takens嵌入定理、用时延测量加少量初始态重构量子幺正映射与哈密顿量的过程层析新方法，可仅观测量子比特确定两比特系统哈密顿量。
2022-02-22 physics.comp-ph quant-ph
Process Tomography for Clifford Unitaries
Cornell University（康奈尔大学）
该研究提出了一种无需查询C†即可高效反演未知Clifford单元的算法，同时具备对扰动鲁棒性和对非Clifford单元的近似能力。
2025-08-26 quant-ph
Universal compilation for quantum state preparation and tomography
通用编译是一种将可训练幺正编译为目标幺正的训练过程，它具有广泛的潜在应用，从量子动力学模拟到深度压缩优化电路、器件基准测试、量子错误缓解等。本文提出了一种基于通用编译的变分算法，用于低深度量子线路中量子态的制备和层析成像。我们将Fubini-Study距离应用于各种基于梯度的优化器（包括量子自然梯度方法）下的可训练成本函数。我们评估各种单一的拓扑结构的性能和不同的优化获得高效率的可训练性。在实践中，我们讨论了量子态制备中的不同电路方案，包括制备不同纠缠目标态（如代表性的GHZ态和W态）的线性方案和基于图形的方案。我们还讨论了电路深度，贫瘠高原，读出噪声在模型中的影响，和错误缓解解决方案。接下来，我们评估重建效率的量子态层析成像通过各种流行的电路ansatzes，并揭示电路的深度在鲁棒保真度的关键作用。结果与阴影层析成像方法，在该领域的一个类似的方式。我们的工作表达了足够的能力，通用编译为基础的变分算法，以最大限度地提高效率的量子态的准备和层析成像。此外，它有望在量子精密测量和传感中应用，并可应用于近期的量子计算机，用于验证电路保真度和各种量子计算任务。
2022-04-25 quant-ph
Scalable reconstruction of unitary processes and Hamiltonians
基于最近提出的有效的量子态层析方案，我们提出了一种可扩展的方法，用于幺正过程的层析和一维局域哈密顿量的重建。与标准量子过程层析成像的子系统数量的指数缩放相反，该方法仅依赖于线性许多局部可观测量的测量以及（a）准备局部信息完备算子的本征态的能力或（b）访问与待表征系统相同大小的辅助系统以及在组合系统上准备最大纠缠态的能力。因此，该方法最多需要线性地准备许多状态和线性地测量许多可观测量。重建的质量可以用首先获得重建所需的相同实验资源来量化。我们的几个量子线路和本地哈密顿的数值模拟表明，测量和后处理资源的总数的多项式缩放。
2015-04-29 quant-ph
Dynamical Quantum Tomography
我们考虑量子态层析成像与以下类型的测量程序：首先，我们的量子态，我们的目标是识别到一个已知的时间演化所需的一段时间。然后，我们使用固定的测量设置进行测量。然后可以在其他时间段内重复该过程，但是测量设置保持不变。给定一个$n$维系统与合适的酉动力学，我们表明，任何两个状态可以通过执行测量与设置，具有$n$结果在$n+1$时间点进行区分。此外，我们考虑的情况下，先验信息限制的状态集的一个子集，较低的维度。给定一个$n$维系统与合适的酉动力学和半代数子集$\mathcal{R}$的状态空间，我们表明，任何两个状态的子集可以通过执行测量与设置，具有$n$结果在$l$步骤的时间演化，如果$(n-1)l\ge 2\dim\mathcal{R}$。此外，超越单一的动态，我们表明，事实上可以减少到一个设置与最小数量的两个结果。
2017-01-21 quant-ph
Enhanced Compressive Threshold Quantum State Tomography for Qudit Systems
提出一种结合压缩感知与阈值技术的量子态层析方法，大幅减少测量设置，在IBMQ模拟中高效重构多达7量子比特的GHZ、W及随机态。
2025-02-14 quant-ph
Reducing Complexity of Shadow Process Tomography with Generalized Measurements
本文提出基于广义测量（POVMs）的影子过程层析框架（POVM-SPT），通过凸优化寻找最小化影子范数的最优 POVM，显著降低了样本复杂度，尤其在大规模量子系统中表现优异。
2025-06-30 quant-ph
Neural Network Enhanced Single-Photon Fock State Tomography
本文提出神经网络增强的单光子Fock态层析方法，通过平衡零差探测和直方图架构直接估计Wigner函数负值性等参数，实现对光子数分布的快速、鲁棒和精确表征。
2024-05-05 quant-ph
Error matrices in quantum process tomography
我们讨论了表征实验量子门的误差矩阵，这是类似于标准的过程矩阵$χ$在泡利基础上，除了所需的幺正操作的因式分解，通过正式放置它之前或之后的错误过程。误差矩阵只有一个大的元素，它等于工艺保真度，而其他元素都很小，并表示不完善。沿着左列和/或顶行的元素的虚部直接指示整体缺陷，并且可以用于找到所需的校正。我们讨论了一种相对简单的方法来计算量子门组合的误差矩阵。类似地，由于Lindblad形式的退相干，找到对误差矩阵的一阶贡献是相当简单的。我们还讨论了一种方法来识别和减去由于不完善的状态准备和测量的断层扫描程序的错误。在附录中，我们考虑了几个简单的例子的过程层析成像，并讨论了直观的物理解释的林德布拉德形式的退相干。
2013-11-04 quant-ph
Evolution prediction from tomography
量子过程层析成像提供了在固定测量时间$t$测量系统的演化算子的手段。在其他时间使用层析快照来预测演化算子的问题通常是不适定的，因为通常存在无穷多个不同且相容的解。我们描述的预测，在某种"最大的一致性“的意义上，量子系统的演化的基础上的知识，只有许多次$0<τ_{1}<\dots<τ_{M}$与$M\geq 1$的演化算子。为了解决不适定性问题，我们将此预测构造为一些未知（和不可知）变量的平均值。由此产生的预测提供了一个描述的观察者的知识状态的系统的演变时间远离测量时间。即使原始演化是酉的，预测的演化也是由非酉的完全正映射描述的。
2013-12-03 quant-ph
Unitary quantum process tomography with unreliable pure input states
针对酉量子过程层析中输入态制备的系统误差，本文提出通过过程前测量与多次过程实例分组测量来估计未知输入态，并在模拟和囚禁离子实验中识别CNOT门。
2023-06-14 quant-ph
Unitary Transformations using Robust Optimal Control on a Cold Atom Qudit
本文通过最优控制理论调节单一参数，在冷原子qudit上设计并实验实现了多种鲁棒量子酉变换，并展示了其在量子过程层析、状态全局稳定及相对相位信息提取中的应用。
2025-03-11 quant-ph
Multiphoton Tomography with Linear Optics and Photon Counting
从全同系综中确定一个未知的量子态是量子科学中的一项基本任务，但在实验上要求很高。在这里，我们研究的测量基地的数量需要充分表征一个任意的多模状态包含一定数量的光子，或任意混合的这种状态。我们表明，这一任务可以实现仅使用线性光学和光子计数，产生一个实用的，但非通用的投影测量集。我们推导出所需的最小数量的测量设置和数值计算表明，这个下限是饱和的随机线性光学配置，如当相应的酉变换是哈尔随机。此外，我们表明，对于N个光子，任何酉2N-设计可以用来推导出一个分析，但非最佳的，状态重建协议。
2019-02-08 quant-ph
Optimal depth and a novel approach to variational quantum process tomography
本研究提出两种变分量子电路过程层析新方法PT_VQC和U-VQSVD，前者可降低量子比特与态初始化需求、提升收敛速度，后者可提取酉矩阵特征信息，还提出了基于最优深度的VQC复杂度计算方法。
2024-04-25 quant-ph
Quantum tomography enhanced through parametric amplification
量子层析成像是利用平衡零拍探测技术重建光的量子态的维格纳函数的标准方法。重建质量强烈依赖于光电探测器的量子效率和测量设置中的其他损耗。在这篇文章中，我们详细分析了一个协议的增强量子层析成像，提出了Leonhardt和保罗在1994年，它允许一个减少检测损失的降解效果。它是基于相敏参量放大，与本地振荡器相位同步扫描放大的正交相位。尽管在足够强的放大下，该方案能够克服任何检测效率低下，但到目前为止还没有在实验中实施，可能是由于放大器中的损耗。在这里，我们讨论一个可能的原理验证实验与行波参量放大器。我们表明，与国家的最先进的光学元件，该协议使高保真断层重建明亮的非经典状态的光。我们考虑两个例子：明亮的压缩真空和压缩单光子态，后者是一个非高斯态，都受到损失的强烈影响。
2017-08-12 quant-ph
Correlation-assisted process tomography
在$d$维输入上的标准量子过程层析成像是通过准备输入探针的几个状态来执行的，所述输入探针然后在对应于进程的量子信道的作用下演化。通过状态层析成像重建探头的最终状态。一种替代方案是由辅助过程层析成像：一个单一的探针辅助状态，并利用探针和辅助之间存在的相关性，以充分重建信道上的信息。为了使辅助过程层析成像成为可能，探针辅助输入状态不需要纠缠，但仍然需要具有最大算子施密特秩。在这里，我们建立和分析的框架，这两种方法之间的插值过程层析成像，旨在利用探针和辅助之间可能存在的任何相关性，允许过程层析成像与尽可能少的输入准备，当探针辅助状态可能是运营商施密特秩不足。我们的调查的主要对象是最小数量的初始本地操作的输入探针为一个给定的启动探针辅助状态，需要允许过程断层扫描。我们证明，这样的数字规模成反比的运营商施密特秩的输入探针辅助状态的任意本地输入处理。我们还提供了这种初始局部处理被限制为幺正旋转的情况下的结果，特别是表明对于纯输入纠缠态，并且在混合状态的情况下，可能存在极端情况，其中固定输入探针辅助状态提供有关$\approx d^2/2$的信息-算子空间的一维子空间和单个附加输入酉旋转允许过程层析成像。
2018-08-31 quant-ph
Direct parameter estimations from machine-learning enhanced quantum state tomography
机器学习（ML）增强的量子态层析成像（QST）具有对任意复杂的数据模式找到最佳拟合的能力，在提取关于量子态的完整信息方面表现出其优势。代替使用重建模型训练截断密度矩阵，我们开发了一个高性能，轻量级，易于安装的监督特征模型，通过直接生成的目标参数。这种基于特征模型的ML-QST方法可以避免处理大Hilbert空间的问题，同时保持高精度的特征提取。利用平衡零差探测器的实验测量数据，比较了重构模型和特征模型预测的量子噪声压缩态的退化信息，两者均与协方差方法的经验拟合曲线一致。这种具有直接参数估计的ML-QST为压缩态的应用提供了重要的诊断工具箱，包括先进的引力波探测器，量子精密测量，宏观量子态产生和量子信息处理。
2022-03-30 quant-ph
Measurement-based quantum phase estimation algorithm for finding eigenvalues of non-unitary matrices
提出了一种求非酉矩阵特征值的量子算法。我们展示了如何通过量子系统中的相互作用和投影测量来构造一个非厄米特矩阵或非酉矩阵，并得到它的本征值和本征向量。该方案结合了频率测量、测量量子傅里叶变换和量子态层析成像的思想。它提供了一个推广的传统的相位估计算法，这是有限的厄米特或酉矩阵。
2010-12-06 quant-ph
Faithfulness and sensitivity for ancilla-assisted process tomography
一个系统-辅助二分态能够包含作用于系统的未知量子信道的全部信息，称为忠实态。由D 'Ariano和Presti证明的状态的忠实性和相应的Jamiolkowski映射的可逆性之间的等价性已经成为辅助过程层析成像的有用表征，尽管证明是不完整的，因为他们假设了迹非增量子操作，而不是量子信道。我们完成了等价性的证明，并将忠实性推广到各类量子信道。我们还探讨了一个更一般的概念，我们称之为敏感性，量子态的性质被改变的任何非平凡的行动的量子信道。我们研究了它们之间的关系，通过表征这两个属性的重要类别的量子信道，如酉信道，随机酉操作和酉操作。它们之间意想不到的（非）等价结果揭示了量子信道的结构，表明我们只需要两类量子态来表征量子态对量子信道的各种子类的忠实或敏感。例如，它揭示了量子过程层析成像和量子相关之间的关系，因为事实证明，只有完全没有局部经典可观测的二分态才能用来感知单位通道的影响。
2022-06-13 quant-ph
On quantum tomography on locally compact groups
在局部紧阿贝尔群$G$上引入量子层析成像.构造了由$G$的射影酉表示生成的$C^*$ -代数$A(G)$上的量子态集到特征函数空间的线性映射。导出了由$A(G)$确定量子可观测量的对偶映射符号。给定一个态的特征函数，引入了由一组概率分布组成的量子断层图。我们提供了三个例子，其中$G={\mathbb R}$（光学层析成像），$G={\mathbb Z}_n$（对应于相互无偏基地的测量）和$G={\mathbb T}$（层析成像的阶段）。作为应用，我们计算了量子Weyl通道输出态的量子层析图。
2022-01-16 quant-ph
Machine Learning Enhanced Quantum State Tomography on FPGA
本文提出将基于机器学习的量子态层析部署到FPGA边缘设备，相比GPU实现推理时间降低一个数量级且保真度仅下降约1%。
2025-01-08 quant-ph
Self-calibrating tomography for multi-dimensional systems
我们提出了一种形式主义的自校准层析成像的任意维系统。自校准量子态层析成像首先在量子比特的上下文中引入，并且允许重构未知量子态的密度矩阵，尽管不完全知道用于改变测量基的幺正运算。我们展示了如何将其推广到量子态，即d-能级系统，并提供了一个具体的例子，其跃迁偶极矩是未知的V型三能级原子系统。我们表明，它总是可以检索到未知的状态和过程参数，除了一组零测量的状态参数空间。
2013-06-18 quant-ph
Brownian Gaussian Unitary Ensemble: non-equilibrium dynamics, efficient $k$-design and application in classical shadow tomography
本文提出 BGUE 模型，解析研究其非平衡动力学与多副本低能行为，证明达到 $k$-设计的时间随 $k$ 线性增长，并用于经典影子层析以确定最优采样时间。
2024-06-17 cond-mat.dis-nn hep-th quant-ph
Gaussian Dynamical Quantum State Tomography
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）
本文提出了一种基于固定单模混频测量的高斯动态量子态成像方案，适用于多模玻色高斯态的高斯演化，通过控制测量时间实现态重构。
2026-02-20 quant-ph
Dual-unitary shadow tomography
本研究提出基于对偶酉砖墙电路的DUST经典阴影层析协议，通过研究算符扩散与泡利权重动力学、构建平均场模型并模拟，证实其在全支撑算符预测任务中优于同等深度砖墙Clifford阴影，小系统下优势更显著。
2025-07-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech math-ph
Experimental adaptive quantum state tomography based on rank-preserving transformations
量子层析成像是一种利用多个测量数据重建量子态的过程。量子层析成像算法的一个基本目标是找到将最大化通过测量获得的关于未知量子态的有用信息的测量。基于保秩变换的量子层析成像算法是近年来提出的一种量子层析成像方法。其主要思想是变换一个基本的测量设置的方式，提供一种情况，相当于测量的最大混合状态。只要完全混合状态的层析成像与其他状态相比具有最快的收敛，则该方法被期望是高度准确的。我们提出的数值和实验比较秩保持断层扫描与另一种自适应方法，其中包括测量的估计本征基和随机基断层扫描。我们还研究了如何提高保秩变换方法的效率，使用变换酉自由和测量集互补。
2020-08-04 quant-ph
Ancilla-assisted quantum process tomography
通过量子过程层析成像可以实现对量子动力学过程的完整和精确的表征。使用相关光子的源，我们已经实施了几种方法来研究各种各样的过程，例如，单一的、散肩的和极化的。这些方法之一，辅助过程断层扫描（AAPT），利用一个额外的“辅助系统”，我们已经从理论上确定了条件时，AAPT是可能的。所有现有的AAPT方案都利用纠缠态。我们的研究结果表明，令人惊讶的是，纠缠是不需要AAPT，我们目前的过程层析成像数据使用的输入状态，没有纠缠。然而，使用缠结产生优越的结果。
2003-03-19 quant-ph
Hamiltonian-Driven Shadow Tomography of Quantum States
University of California San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）；Department of Physics, University of California San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校物理系）
经典的阴影层析成像提供了一种有效的方法来预测一个未知的量子态的功能，从一些测量的状态。它依赖于一个酉信道，该信道有效地将状态的量子信息加扰到测量基。面对在近期量子器件上实现深酉电路的挑战，我们探索了酉通道可以是浅的并且由量子混沌哈密顿量通过时间演化产生的情况。我们提供了一个无偏估计的密度矩阵的所有范围内的演变时间。我们分析了哈密顿驱动的阴影层析成像的样本复杂度。对于泡利观测，我们发现，它可以更有效地比酉2设计为基础的阴影层析成像在一系列的中间时间窗口，范围从1阶置乱时间的时间尺度$D^{1/6}$，给定的希尔伯特空间维数$D$。特别地，预测对角泡利观测量的效率提高了$D$的因子，而不牺牲预测非对角泡利观测量的效率。
2021-03-22 cs.IT cs.LG math.IT
Quantum tomography for quantum systems optimization
量子态变换是现代量子计算的一项重要任务。量子层析成像用于这些目的显着扩大了可能性的范围。然而，制备和测量误差的存在使该过程的实际使用复杂化。在这项工作中，我们调查的可能性，估计这些误差的实验。这些估计随后被用来建立一个强大的量子层析成像模型。该模型允许人们精确地重建单量子比特门的酉误差。我们表明，有这样的不完美的单量子比特门与预先估计的错误，可以得到接近理想的变换。类似的方法也可以显着减轻单量子位门串扰。
2022-01-10 quant-ph
Contractive Unitary and Classical Shadow Tomography
College of Physics, Sichuan University（四川大学物理学院）；Department of Physics and Hong Kong Institute of Quantum Science and Technology, The University of Hong Kong（香港大学物理系及香港量子科学研究所）；School of Physics Science and Engineering, Tongji University（同济大学物理科学与工程学院）；Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学深圳量子科学与工程研究院）；International Quantum Academy（国际量子科学院）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学广东省量子科学与工程重点实验室）；Institute for Advanced Study, Tsinghua University（清华大学高等研究院）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Department of Physics, University of California at San Diego（加州大学圣地亚哥分校物理系）；Department of Physics & State Key Laboratory of Surface Physics, Fudan University（复旦大学物理系及表面物理国家重点实验室）；Shanghai Qi Zhi Institute（上海人工智能实验室）
本文提出一种混合局部随机和全局确定性酉操作的协议，实现样本复杂度为1.8^k，通过收缩酉操作提升量子态重构效率。
2024-11-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Quantum process tomography: the role of initial correlations
我们解决了量子过程层析成像的问题，其中的量子过程层析成像产生的状态与环境自由度相关，在系统与环境的相互作用中发挥作用。我们讨论的物理情况下，其中的动力学描述的非线性，或不完全的正变换。特别是，我们表明，任意映射$\varrho_{\rm in}\to\varrho_{\rm out}$可以实现通过使用适当的一组转换器和应用酉操作SWAP。最后给出了完全非运算的实验“实现”。我们解决的问题，验证的兼容性的估计过程中的蒸发器设备。描述任意时间间隔内动力学的演化映射不是完全正的，但仍然是线性的。这些地图的层析成像和一般性质进行了讨论。
2006-09-01 quant-ph
Classical Shadow Tomography with Locally Scrambled Quantum Dynamics
University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）；Harvard University（哈佛大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
该研究将经典阴影层析成像推广至局部随机量子动力学，利用纠缠特征构建无偏估计器并界定样本复杂度，数值证明浅层电路和单次局部哈密顿演化可实现高效近似层析，拓展了近期量子设备的应用。
2022-12-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Sample Optimal and Memory Efficient Quantum State Tomography
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Department of Mathematical Sciences, University of Copenhagen（哥本哈根大学数学科学系）；Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学电气与计算机工程系）
本文提出一种基于酉Schur采样的量子态层析算法，在保持样本最优性的同时实现内存高效，仅需流式访问样本。
2026-05-22 quant-ph
The Role of Topology in Quantum Tomography
我们调查量子层析成像的情况下，先验信息限制状态空间的光滑流形的低维。通过考虑稳定性，我们提供了一个一般的框架，涉及的流形的拓扑结构的最小数量的二进制测量设置，这是必要的歧视任何两个国家的流形上。我们将这些研究结果的情况下，所考虑的状态的子集是由有界秩，固定频谱，给定酉对称性或从一个酉轨道。对于所有这些情况下，我们提供的最小数量的二进制测量设置的上限和下限，以区分这些子集的任何两个状态。
2015-06-15 math-ph math.MP quant-ph
Estimation of high-dimensional unitary transformations saturating the Quantum Cramér-Rao bound
本文提出估计$d$维幺正变换的方法，在$d>2$时对接近恒等的变换饱和量子Cramér-Rao界，$d=2$时借助先验信息达到最优，且无先验信息时精度优于标准量子过程层析。
2024-07-02 quant-ph
Quantum Simulations with Unitary & Nonunitary Controls: NMR implementations
费曼在1982年提出了使用量子模拟器进行量子模拟的想法。量子模拟器基本上是一个可控的量子系统，可以模拟我们希望研究的其他量子系统的动力学。在这篇论文中，我们研究了使用酉控制和非酉控制的量子模拟的一些方面。在幺正部分，我们实验模拟了量子多体冻结现象，并开发了一个通用的协议来分解一个任意的幺正算符。在非幺正部分，我们通过人工诱导相位退相干来研究相位退相干，利用噪声谱和量子过程层析技术对相位退相干进行了表征，并利用标准动力学解耦技术对相位退相干进行了抑制。虽然我们在NMR装置中使用核自旋系统作为我们的量子测试平台，但大多数概念都是通用的，并且适用于其他地方。
2017-01-12 quant-ph
Quantum Process Tomography of the Quantum Fourier Transform
三量子位核磁共振量子信息处理器上的量子过程层析成像的结果，并示出与用于实验的系统加装置的详细模型一致。研究的量子操作是量子傅里叶变换，这是重要的几个量子算法，并提出了严格的测试，我们最近开发的强调制控制领域的精度。结果进行了分析，试图分解成相干（整体系统），不相干（微观确定性），和decoherent（微观随机）组件的实施错误。这个分析产生了一个超算符，它由一个与理论上预期的量子傅里叶变换的幺正超算符强相关的幺正部分、一个与退相干一致的整体衰减和一个不完全为正的剩余部分组成--尽管任何量子运算都需要完全为正。通过与计算机模拟结果的比较，证明了缺乏完全正性在很大程度上是量子过程层析成像过程中的非相干误差的结果。这些模拟进一步表明，相干，不相干，和退相干错误往往可以识别其独特的影响，对整个超算子的频谱。实验确定的超算符的门保真度为0.64，而实验确定的超算符和模拟的超算符之间的相关系数为0.79;与模拟的大部分差异可以通过单量子比特门中的小误差的累积效应来解释。
2004-06-30 quant-ph
Multi-stage tomography based on eigenanalysis for high-dimensional dense unitary processes in gate-based quantum computers
本文提出一种基于特征分析的多阶段量子过程层析方法，用于处理高维稠密酉过程，有效降低估计误差，在标准PC上可扩展至13个量子比特且精度更高。
2025-06-26 physics.data-an quant-ph
Demonstration of Robust Quantum Gate Tomography via Randomized Benchmarking
典型的量子门层析成像协议与自一致性问题作斗争：在没有初始状态和最终测量的知识的情况下不能重建门操作，但是在没有良好表征的门的情况下不能获得这样的知识。最近提出的技术，被称为随机基准断层扫描（RBT），回避这个自我一致性问题，设计实验是不敏感的准备和测量的缺陷。我们在超导量子比特系统中实现了这一提议，使用了一些实验改进，包括在单个“原子”脉冲和自定义控制硬件中实现Clifford组的每个元素，以实现大开销协议。我们展示了几个单量子位量子门的稳健重构，包括Clifford群外的幺正。我们证明，RBT产生的物理门重建是一致的随机基准获得的qualities。
2015-05-25 quant-ph
Experimental demonstration of enhanced quantum tomography via quantum reservoir processing
本文在玻色子电路量子电动力学平台上实验演示了量子储层处理用于连续变量态重构，通过最小测量集学习系统动力学，实现高保真重构并优于理想模型，有效处理非理想性。
2025-06-20 quant-ph
Disorder Enhanced Quantum Process Tomography using Quantum Light
量子过程层析成像可能是最重要的范式转变，尚未完全转化为理论化学。它的基本力量，长期建立在量子信息科学，提供了丰富的信息，量子动力学过程的核心，许多（如果不是全部）化学过程。然而，由于其复杂性，其应用于实际的化学系统目前是实验无法达到的。此外，由于实验和理论上的不准确性，它容易出错，长期以来，人们一直认为无序是其适用性的障碍。在这里，我提出的第一个结果的研究使用量子光的量子过程断层扫描。通过使用一个玩具模型和比较数值模拟的理论预测，使用非常规光的可能增强进行了研究。然而，人们发现，无序是必要的，使量子光适合过程层析成像的使用，并且与传统的智慧相反，无序可以使结果比有序系统更准确。
2021-09-20 physics.chem-ph quant-ph
Quantum process tomography of linear and quadratically nonlinear optical systems
描述量子过程是量子信息处理的中心任务。在光学量子信息处理领域，这相当于表征模式产生和湮灭算子的变换。这种变换对于线性光学系统是酉的，而对于具有在模式算子中是二次的哈密顿算子的系统，这些变换产生了众所周知的Bogoliubov变换。在本文中，我们表明，修改后的马赫-曾德尔干涉仪可以表征这两种多模系统的演变。虽然它足以使用相干态的线性光学系统的特性，我们还需要单光子来表征二次非线性光学系统。
2018-07-11 quant-ph
Quantum Tensor Product Decomposition from Choi State Tomography
针对量子算符层面纠缠性质难提取的问题，提出非平衡划分下的量子算法，通过小系统经典存储、环境量子资源访问实现酉算符张量积分解，可用于算符非定域性预测等，并在二维Heisenberg模型上验证。
2024-06-18 quant-ph
Novel techniques for efficient quantum state tomography and quantum process tomography and their experimental implementation
本文基于NMR与IBM超导量子处理器，提出并实验验证面向QST/QPT的约束优化、压缩感知、神经网络、量子2-设计与弱测量等高效方法，并实现非幺正开放量子动力学模拟。
2024-01-18 quant-ph
