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
Detector self-tomography
我们提出了一个直观的模型探测器自我断层扫描。探测器的两个相同的实现被一个纠缠态照亮，该纠缠态以一种方式连接联合统计，其中每个探测器都将另一个视为一种镜面反射。对统计数据的适当分析揭示了完全表征检测器的可能性。我们将这个想法应用到贝尔型实验中，揭示了它们的非经典性质。
2020-12-21 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
Experimental comparison of tomography and self-testing in certifying entanglement
我们使用标准断层扫描和设备独立自检启发的方法来评估所谓纯双量子位状态源的质量。即使当检测和定位漏洞是开放的，后一种方法可以免除系统的建模和测量。然而，由于有限的样本波动，估计的概率分布通常不完全满足无信令条件。我们实施数据分析，对这些波动具有鲁棒性。我们证明了高比率$f_s/f_t\approx 0.988$之间的保真度估计从自我测试和估计从全断层扫描，证明高性能的自我测试方法。
2019-08-07 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
Self-Consistent Quantum Process Tomography
量子过程层析成像是验证量子门和诊断结构和门设计中的故障的必要工具。我们表明，过程层析成像的标准方法是非常不准确的情况下，用于询问系统的状态和测量算子产生的门，有一些系统误差，一种情况下，所有，但不可避免的任何实际设置。断层摄影中的这些误差不能通过过采样或通过执行更大的实验集来完全校正。我们提出了一种替代方法，断层扫描重建整个图书馆的门在一个自洽的方式。基本要素是定义一个似然函数，该函数不假设用于准备和测量的门。为了使最终的优化易于处理，我们对目标进行线性化，这是对量子计算机进行基准测试时的合理近似，而不是探测黑盒函数。
2012-11-01 quant-ph
Efficient Self-Consistent Quantum Comb Tomography on the Product Stiefel Manifold
State Key Lab of Millimeter Waves, Southeast University（东南大学毫米波国家重点实验室）；Frontiers Science Center for Mobile Information Communication and Security, Southeast University（东南大学移动通信与信息安全前沿科学中心）；Thrust of Artificial Intelligence, Information Hub, The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州）信息枢纽人工智能组）；National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University（东南大学国家移动通信重点实验室）
本研究提出一种基于积Stiefel流形的高效量子梳体自洽成像方法，通过无约束黎曼优化实现高效且鲁棒的量子动力学表征。
2025-11-30 quant-ph
Self-homodyne tomography of a twin-beam state
提出了一种利用非简并光学参量放大器输出端的双光束进行双模层析成像的自零差检测方案。该方案旨在改善本振和信号模式之间的匹配，这是传统零差中对整体量子效率的主要限制。在蒙特卡罗模拟的基础上分析了测量的可行性，研究了非单位量子效率对探测双光束态的关联和总光子数振荡的影响。
1998-04-02 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
Self-consistent quantum measurement tomography based on semidefinite programming
提出基于半定规划的量子测量层析估计方法，可检测实验缺陷并实现无需先验知识的自洽层析，不依赖低噪声等额外假设。
2023-07-24 quant-ph
Self-Protected Quantum Algorithms Based on Quantum State Tomography
只有少数几类量子算法是已知的，它们提供了超过经典算法的加速。然而，这些以及任何新的量子算法都为量子计算机的发展提供了重要的动力。本文提出了一种基于量子态层析的新的量子算法。其中包括计算几个量子力学期望值的算法和确定多项式因子的算法。这些量子算法本身就很重要。然而，值得注意的是，这些量子算法对一大类错误免疫。我们描述这些算法，并提供免疫的条件。
2007-02-06 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
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
Robust and Efficient High-dimensional Quantum State Tomography
希尔伯特空间中的指数增长随着量子系统的大小的增加意味着精确地表征系统变得更加困难。我们表明，自引导断层扫描是一个实用的，有效的，和强大的技术测量高维量子态。对于qutrits（d=3）和quint（d=5），所实现的结晶度超过99.9%，对于quvigint（d=20），所实现的结晶度为qudits有史以来的最高值。我们证明了对实验噪声源，统计和环境的鲁棒性。该技术适用于任何高维系统，从量子位的集合到单个量子位，以及任何物理实现，无论是光子，超导，离子还是自旋。
2021-03-11 quant-ph
Self-consistent state and measurement tomography with fewer measurements
我们描述了一种自洽地表征单个量子比特系统的量子态和描述系统测量的正算子值测度（POVM）的技术。该方法只需要十次测量即可工作。我们假设在量子态上进行的一系列幺正变换是完全已知的，同时对态的密度算符和POVM做最小的假设。该技术返回密度算子和POVM的最大可能估计。为了实验证明该方法，我们进行了超过300个状态测量对的重建，并将它们与预期的密度算子和POVM进行比较。我们发现，95%的重建POVM具有0.98或更大的结晶度，92%的密度算子具有0.98或更大的结晶度。
2021-06-30 quant-ph
Self-Guided Quantum State Learning for Mixed States
提出了一种用于一般量子态层析成像的自适应学习算法。我们的建议是基于同时微扰随机近似算法，适用于混合量子态。我们的算法的显着特点是有效的（$O \left( d^3 \right)$）后处理的维度$d$的状态，对测量和信道噪声的鲁棒性，并提高了失真性能相比，当代的自适应状态学习算法。对测量噪声的更高弹性使我们的算法适合有噪的中等规模量子应用。
2021-06-11 quant-ph
Device-independent tomography of multipartite quantum states
在通常的多体纠缠量子态层析成像中，人们假设实验室中使用的测量设备处于实验者的完美控制之下。在本文中，使用所谓的SWAP概念最近推出的，我们展示了如何可以删除这个假设在现实的实验条件下，但仍然能够描述所产生的多体状态的基础上观察到的统计数据。这种量子态的黑盒层析成像被称为自测试。作为贝尔破坏幅度的函数，我们能够自我测试象征性的多体量子态，如三量子位的W态，三和四量子位的格林伯格-霍恩-蔡林格态，和四量子位的线性簇态。
2014-07-23 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
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
Introduction to Quantum Gate Set Tomography
量子门集层析成像（GST）是一种很有前途的量子逻辑门的全面表征方法。与量子过程层析成像（QPT）相比，GST自洽地正确解释了状态准备和测量（SPAM）错误。因此，它提供了显着更准确的估计比QPT作为门的可靠性增加到容错制度。我们对商品及服务税进行了详细的审查，并为其实施提供了一个独立的指南。该方法是一步一步的方式，并包括相关的数学背景材料。我们的目标是证明GST作为一种准确的表征技术和一种简单有效的诊断工具的实用性。作为说明，我们使用单个量子位的模拟示例数据比较GST和QPT的输出。在协议与原始文献中，我们发现，相干误差估计QPT附近的量子纠错阈值，而GST是准确的，在这一制度。
2015-09-09 quant-ph
Self-Consistent Measurement and State Tomography of an Exchange-Only Spin Qubit
我们报告的初始化，完整的电气控制，和单次读出的交换只自旋量子位。通过交换相互作用的完全控制是快速的，在2 ns内产生了75个量子比特的旋转。使用最大似然估计器方法执行测量和状态断层扫描，允许量化退相干、量子位状态空间的泄漏和测量保真度。这里开发的方法一般适用于系统的状态泄漏，噪声测量，和非正交控制轴。
2013-02-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Context-aware gate set tomography: Improving the self-consistent characterization of trapped-ion universal gate sets by leveraging non-Markovianity
本研究针对捕获离子设备，通过微观建模将上下文依赖性纳入门层析成像参数化，降低采样成本，提出上下文感知GST以改进非马尔可夫噪声下的自洽表征。
2025-09-24 quant-ph
Local tomography and the role of the complex numbers in quantum mechanics
有限维量子力学的各种重建导致形式上实的约当代数A，最后一步是得出A是C*-代数的自伴部分的结论。使用量子逻辑设置，它表明，这可以通过假设，有一个局部层析模型的复合系统由两个副本的相同的系统。局部层析成像是经典概率论和量子力学的一个特征;它意味着多体系统的状态层析成像可以通过在所有子系统中同时测量来执行。局域层析成像的量子逻辑定义是足够的，但它比文献中流行的定义更不严格，并且涉及一些关于所谓的自旋因子的微妙之处。
2020-06-17 quant-ph
Self-consistent tomography of the state-measurement Gram matrix
状态和测量层析成像对实验状态或测量进行假设。这些假设往往是不合理的，因为国家准备和测量误差在实践中是不可避免的。在这里，我们描述了如何通过半定规划的状态和测量算子相关联的革兰氏矩阵可以估计，如果状态和测量是所谓的全球可完成的。例如，如果已知未知测量是投影的和非退化的，则是这种情况。计算的Gram矩阵确定的状态，和唯一的测量算子的同时旋转的空间中的厄米矩阵。我们证明了所提出的方法的可靠性在大量的独立测量重复的限制。
2013-08-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Unified formalism and adaptive algorithms for optimal quantum state, detector and process tomography
School of Engineering, Australian National University（澳大利亚国立大学工程学院）；Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息实验室）；CAS Center For Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学中科院量子信息与量子物理卓越创新中心）；State Key Laboratory of Mathematical Sciences, Academy of Mathematics and Systems Science, Chinese Academy of Sciences（中国科学院数学与系统科学研究院数学科学国家重点实验室）；School of Mathematical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学数学科学学院）；University of Michigan–Shanghai Jiao Tong University Joint Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学密西根学院）
本文统一了量子态、探测器和过程层析成像的保真度损失度量，提出自适应算法以实现最优标度，并通过实验首次验证了辅助辅助过程层析成像的最优性能。
2026-09-11 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
On a Stroboscopic Approach to Quantum Tomography of Qudits Governed by Gaussian Semigroups
在本文中，我们讨论的最小数量的观察，在某些时刻的期望值确定的轨迹的d-能级量子系统（“qudit”）的高斯半群。我们假设系统的宏观信息由n个自伴算子$Q_1,...,Q_n$在某时刻的平均值$t_1<t_2<...<t_r$给出，其中$n<d^2-1$和$r\leq {\rm deg} μ(λ,\bBBL)$ .这里$μ(λ,\bBBL)$代表高斯流生成器的最小多项式。
2004-08-27 quant-ph
Global Completability with Applications to Self-Consistent Quantum Tomography
设p_1，.，p_N \in R_D是未知向量，并且令Ω \subseteq {1，.，N}^{ \times 2}。假设对于所有（i，j）\in Ω，内积p_i^T p_j是固定的。这些内积约束（直到所有向量的同时旋转）确定p_1，.，p_N唯一？这里我们得到了p_1，…，p_N（即，全局完备性），这适用于一个大类的实际相关的集合Ω。此外，给定Omega，我们证明了全局完备性的条件是普适的，即对于几乎所有向量p_1，...，p_N \in R^D p_1，.的完备性，p_N仅取决于Ω，而不取决于（i，j）\in Ω的p_i^T p_j$的特定值。这项工作的动机是实际的考虑，即自洽的量子层析成像。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Local tomography and the Jordan structure of quantum theory
利用H.汉奇-奥尔森，我们证明，（受到系统构成和复合系统构成的相当自然的约束），具有超选择规则的正统有限维复量子力学是唯一的非信号概率理论，其中（i）单个系统是Jordan代数（等价地，它们的非规范化态锥是齐次的和自对偶的），（二）局部层析复合材料（这意味着状态由它们分配给组件系统上的测量结果的联合概率确定）和（iii）至少一个系统具有量子位的结构。利用这一结果，我们还刻画了概率理论中具有匕首-monoidal范畴结构的有限维量子理论。
2013-05-16 quant-ph
Tomography of a Macroscopic Quantum State influenced by Classical Self-Gravity
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Tsinghua University（清华大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
研究经典自引力对宏观机械振子量子态层析成像的影响，基于薛定谔 - 牛顿理论，分析测量记录差异及重建协方差变化，通过赫林格距离量化可区分性，还在非线性量子力学背景下阐述相关问题。
2026-07-09 gr-qc quant-ph
Time Resolved Phase Space Tomography of an Optomechanical Cavity
实验研究了同时耦合到两个电磁腔的机械谐振器的相空间分布（PSD）。第一个，工作在微波波段，用于诱导冷却或自激振荡，而第二个，工作在光学波段，用于位移检测。采用层析成像技术从由光学腔反射的信号中提取PSD。在自激振荡阈值附近的稳态测量PSD，同时扫描微波腔失谐。此外，我们监测的光机械冷却状态的自激振荡状态的过渡的时间演化。这种跃迁是通过将微波驱动频率从红失谐区突然切换到蓝失谐区引起的。实验结果进行了比较，通过求解福克-普朗克方程得到的理论预测。简要讨论了在所研究的系统中产生量子叠加态的可行性。
2014-08-11 cond-mat.supr-con quant-ph
