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
Deep Neural Network-assisted improvement of quantum compressed sensing tomography
ICFO - Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO - 光子科学研究所，巴塞罗那科学技术学院）；ICREA（加泰罗尼亚高级研究学院）；Physics Department E. Pancini - Università degli Studi di Napoli Federico II（那不勒斯费德里科二世大学E. Pancini物理系）
针对信息不足时量子压缩感知层析成像重建精度低的问题，提出深度神经网络后处理去噪结合可行密度矩阵空间投影的方法，经数值实验验证可提升重建精度，且对分布外数据具有鲁棒性。
2024-05-16 quant-ph
Efficient characterization of qudit logical gates with gate set tomography using an error-free Virtual-Z-gate model
针对传统门集层析成像（GST）数据收集和计算成本高的问题，提出一种高效qudit GST方法，利用qudit Hadamard门与无误差虚拟Z门构建基准态以降低计算成本，并在超导transmon qutrit上验证了适用性。
2024-07-11 quant-ph
Quantum process tomography of a controlled-NOT gate
我们展示了一个两量子比特纠缠过程的完整表征-线性光学控制非门操作与符合检测-量子过程断层扫描。我们使用最大似然估计将实验数据转换为物理过程矩阵。过程矩阵允许精确预测任意输入状态的门的操作，以及门性能测量的计算，例如门的平均保真度、平均纯度和门的纠缠能力，它们分别为0.90、0.83和0.73。
2004-08-16 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
Quantum process tomography of a compressed time evolution circuit on superconducting quantum processors
本文利用量子过程层析表征 IBM 量子处理器噪声，并比较 Trotter 时间演化电路与其压缩版本，证明压缩电路特征值模更大、噪声韧性更强。
2025-09-29 cond-mat.str-el quant-ph
Perturbative tomography of small errors in quantum gates
我们提出了一个有效的协议，完全重建一组高保真量子门。通常，重构高保真度量子门的效率受到采样噪声的限制。我们的协议是基于微扰的方法，有两个阶段。在第一阶段中，噪声量子门的初始部分通过测量映射的迹线来重建，并且迹线可以通过以类似于随机基准测试和量子光谱层析成像的方式放大噪声来测量。在第二阶段，通过使用单位部分放大非单位部分，我们可以有效地重建非单位部分。我们表明，在我们的协议中所需的测量的数量与门的错误率成比例。
2020-09-17 quant-ph
Quantum Process Tomography of a Universal Entangling Gate Implemented with Josephson Phase Qubits
量子逻辑门必须在其标准输入基态上操作时以及在这些状态的复杂叠加上操作时正确地执行。使用超导量子比特的实验已经验证了用于例如受控非门[1，2]的特定实现的真值表，但是还没有完全表征用于输入状态的任意叠加的门操作。在这里，我们演示了使用量子过程层析成像（QPT）[3，4]来充分表征两个超导量子比特之间的通用纠缠门的性能。过程层析成像允许完整的门分析，但需要精确准备任意输入状态，控制随后的量子位相互作用，并同时单次测量输出状态。我们使用QPT来测量纠缠门的保真度，并量化影响门性能的退相干机制。除了展示有前途的保真度，我们的纠缠门具有300的开/关比，可调耦合水平将成为未来高保真设备的要求。这是双量子位系统中QPT的第一个固态演示，因为固态过程层析成像以前只使用单量子位进行了演示[5，6]。
2009-10-06 quant-ph
Spectral Quantum Tomography
我们介绍了光谱量子断层扫描，一个简单的方法来提取的噪声少量子比特门，由一个保迹超算子，在抗垃圾邮件的方式，使用低资源的门序列长度的特征值。本征值提供详细的门信息，补充已知的门质量措施，如门保真度，并可用作门诊断工具。我们将我们的方法应用于云中两个不同超导系统上的单量子位和双量子位门，即QuTech Quantum Infinity和IBM Quantum Experience。我们讨论如何串扰，泄漏和非马尔可夫错误影响的特征值数据。
2019-07-30 quant-ph
Compressed sensing quantum state tomography for qudits: A comparison of Gell-Mann and Heisenberg-Weyl observable bases
本文通过数值重建和保真度、迹距离评估，比较了 qudit 系统中 GGM 基与 HWO 基在压缩感知量子态层析中的效率，发现 HWO 基在高维时更优，并给出达到 95% 保真度所需测量算符数量的拟合曲线。
2025-06-04 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
Quantum operation of fermionic systems and process tomography using Majorana fermion gates
量子层析成像是表征量子操作的重要工具。在本文中，我们提出了一个量子层析成像的框架，在费米系统。与量子比特系统相比，费米子遵守超选择规则，它对费米子系统中的状态、过程和测量设置了约束。因此，我们只能部分地重建一个作用于费米子模式子集的操作，而完整的重建总是需要至少一个辅助费米子模式。我们还报道了一个基于门的Majorana费米子量子计算机的完全重建协议，包括一组实现信息完全态制备和测量的电路。
2021-02-01 quant-ph
Quantum Tomography Protocols with Positivity are Compressed Sensing Protocols
表征复杂量子系统是量子信息科学的一项重要任务。量子层析成像是用于此目的的标准工具，它使用精心设计的测量记录来重建量子态和过程。然而，这是出了名的低效。最近，被称为“压缩传感”的经典信号重构技术已被移植到量子信息科学，以克服这一挑战：精确的层析成像可以实现与实质上更少的测量设置，从而大大提高量子层析成像的效率。在这里，我们表明，压缩传感层析成像的量子系统基本上是由量子力学本身的一个特殊性质保证-在量子力学中描述系统的数学对象是具有非负特征值的矩阵。这一结果对理解和实现量子断层扫描的方式产生了影响。特别是，它意味着通过压缩传感方法获得的关于量子系统的信息表现出一种新的“信息完整性”。“这对量子断层扫描的数据采集效率具有重要影响，并使我们能够构建对噪声和建模误差具有鲁棒性的信息完整测量。此外，我们的研究结果表明，可以扩展用于量子层析成像的数值工具箱，并采用高效的算法来处理高维希尔伯特空间上的高维矩阵。虽然我们主要介绍我们的结果在量子断层扫描的背景下，他们适用于一般情况下的半正定矩阵恢复。
2015-12-09 cs.IT math.IT quant-ph
A controlled-NOT gate in a chain of qubits embedded in a spin field-effect transistor and its process tomography
我们已经研究了受控非（CNOT）门的可实现性，并通过量子过程层析成像对量子比特链进行了门操作，该量子比特链由嵌入自旋场效应晶体管中的自组装量子点中的电子实现。我们已经证明，CNOT门操作和它的过程层析成像是可执行的，通过使用自旋交换相互作用和几个本地量子比特旋转的相干时间内的量子比特。此外，它表明，当操作时间的波动和沟道电子的极化的不完整性被认为是保真度衰减的来源时，CNOT的过程保真度下降最多为5%的操作时间的波动，其值为0.49和0.72的值分别获得的极化的沟道自旋0.6和0.8。
2013-04-11 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
Scalable linearized gate set tomography
Quantum Performance Laboratory, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室量子性能实验室）
本文提出一种可扩展的线性化门集层析法，用于多量子比特系统的误差表征，通过稀疏误差模型和浅层电路数据实现高效拟合，验证了其在相干和随机误差下的准确性及鲁棒性。
2026-05-11 quant-ph
Compressed-sensing Lindbladian quantum tomography with trapped ions
针对量子系统动力学表征测量多、计算耗时的问题，提出两种Lindbladian量子层析成像改进方案，线性化最大似然估计并结合压缩感知，在囚禁离子实验中验证了效果。
2024-03-12 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
Gate Set Tomography
门集层析成像（GST）是一种用于详细预测量子计算处理器上逻辑运算（门）特性的协议。GST的早期版本出现在2012-13年左右，从那时起，它已经被改进，演示并在大量实验中使用。本文全面详细地介绍了GST的基础。与旧的状态和过程层析成像协议相比，GST最重要的特征是它无需校准。GST不依赖于预校准状态准备和测量。相反，它描述了一个门集合中的所有操作，这些操作彼此之间是同时和自洽的。长序列GST可以非常高的精度和效率估计门，实现海森堡标度的制度的实际利益。在本文中，我们涵盖GST的知识历史，用于实现其预期目的的技术和实验，数据分析，规范的自由和固定，误差条，并解释规范固定估计的门集。我们的重点是GST的基本数学方面，而不是实现细节，但我们触及了pyGSTi实现中使用的一些基本算法技巧。
2021-09-28 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
Quantum process tomography of unitary and near-unitary maps
我们研究量子过程层析成像给定的先验信息，该地图是一个单一的或接近一个单一的过程。我们表明，一个酉映射上的$d$水平的系统是完全由一组最小的$d^2{+}d$元素与POVM的集合，相反，$d^4{-}d^2$元素所需的一般完全正的保迹映射。为了达到这个下限，必须用一组特定的$d$纯态来探测映射。我们进一步比较了不同的压缩感知算法的性能，用于从这些数据重建一个近酉过程。我们发现，当我们有准确的先验信息，一个适当的压缩感知方法减少了高保真估计所需的数据，不同的估计应用于相同的数据是敏感的不同类型的噪声。因此，压缩感知技术既可以用作误差模型的指标，也可以用于验证先验假设的使用。
2014-04-22 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
Robust Lindbladian Tomography for Cyclic Quantum Gates
针对含噪循环量子门，本文利用误差放大电路的线性近似理论提出 RLT 层析协议，将数据处理优化从非线性降为线性半正定规划，从而更高效稳定。
2025-03-16 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
Microscopic parametrizations for gate set tomography under coloured noise
本研究提出了一种在驱动相位时间相关噪声下量子门的微观参数化方法，利用滤波函数形式体系包含有限相关时间和非马尔可夫演化，从而减少了所需资源并实现了更高效的GST版本。
2024-07-31 quant-ph
Discrete Wigner Function Reconstruction and Compressed Sensing
提出了一种新的基于压缩感知的量子层析Wigner函数重构方法。通过与计算机断层成像类比，利用这种基于压缩感测的方法，可以用较少的测量来重建某些量子态的Wigner函数。
2011-09-03 cond-mat.other cs.IT math.IT
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
Simulated quantum process tomography of quantum gates with Rydberg superatoms
我们数值模拟了单量子比特和双量子比特量子门的量子层析成像，量子比特由包含随机原子数的介观系综表示。这种在里德伯封锁区的强相互作用原子的集合被称为里德伯超原子。里德伯阻断机制中的受激拉曼绝热通道（STIRAP）用于系综中的确定性里德伯激发，这是在原子系综的集体态中存储量子信息和实现两量子比特门所需的。STIRAP脉冲的优化形状用于实现高保真度的布居转移。我们的模拟证实了单量子比特和双量子比特门与里德堡超原子的有效性和高保真度。
2016-05-04 quant-ph
Transformer Models for Quantum Gate Set Tomography
本文提出Ml4Qgst，利用Transformer模型结合高级训练策略进行量子门集层析成像，在单/双量子比特系统上实现与pyGSTi相当的精度，开创了深度学习在量子层析成像中的应用。
2025-01-22 quant-ph
Quantum landscape tomography for efficient single-gate optimization on quantum computers
Bar-Ilan University（巴伊兰大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
提出量子景观层析成像方法，通过张量网络理论表征单个门对整个电路的影响，基于2-酉设计和Clifford表格实现，在噪声模型下优于无梯度和基于梯度的方法。
2026-06-18 quant-ph
Theory and Experimental Demonstration of Wigner Tomography of Unknown Unitary Quantum Gates
本文提出一种将Wigner层析成像扩展到未知酉量子过程的通用协议，结合实验与经典后处理算法重构未知过程，并在IBM量子设备上实验验证，同时提供校准电路以量化误差。
2024-12-18 quant-ph
Quantum process tomography of structured optical gates with convolutional neural networks
提出基于U-Net架构的卷积神经网络方法，仅用最小测量集即可快速准确重建空间依赖的SU(2)算符，合成过程保真度超90%，并在复杂偏振变换上实验验证，扩展了量子过程层析的数据驱动工具箱。
2024-02-26 quant-ph
Experimental Characterization of Crosstalk Errors with Simultaneous Gate Set Tomography
串扰是多量子位量子信息处理器中的主要故障源。它可以由各种不同的物理现象引起，并且可以在设备所经历的错误中引入微妙的相关性。几种硬件表征协议能够检测串扰的存在，但很少提供足够的信息来区分各种串扰错误。在这篇文章中，我们描述了如何门集层析成像，一个协议的详细表征量子操作，可以用来识别和表征串扰错误的量子信息处理器。我们证明了我们的方法上的两个量子比特的捕获离子处理器和超导transmon处理器的两个量子比特的子系统。
2021-03-17 quant-ph
Compressed Sensing Shadow Tomography
University of Southern California（南加州大学）；Quantum Elements, Inc.（量子元素公司）
压缩感知阴影断层扫描通过结合局部经典阴影和压缩感知技术，高效重建量子系统的时间演化信号，实现显著的射线节省。
2026-02-13 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
High-fidelity quantum tomography with imperfect measurements
在目前的工作中，我们解决的问题，量子过程层析成像（QPT）的情况下，不完善的准备和测量的状态，用于QPT。模糊测量的方法，这有助于我们有效地考虑到这些缺陷。然而，要实现这样的程序，应该有关于错误的详细信息。提出了一种获取它们的部分信息的方法。它是基于理想的身份门的层析成像。该门可以通过在初始状态准备之后立即执行测量来实现。通过使用身份门断层扫描的结果，我们能够显着改进进一步的QPT程序。所提出的方法已经在IBM超导量子处理器上进行了实验测试。因此，我们已经获得了增加的保真度从89%到98%的阿达玛变换和从77%到95%的CNOT门。
2019-03-20 quant-ph
Quantum process tomography of a controlled-phase gate for time-bin qubits
时间仓量子比特，其中信息在不同的时间被编码在单个光子中，已经被广泛用于基于光纤和波导的量子通信。随着分布式量子计算的最新发展，询问时间仓编码的量子比特在这种情况下是否有用是合乎逻辑的。我们最近利用基于锂离子波导的2 × 2光开关实现了一个时间仓量子比特控制相位门（C-Phase），并利用它实现了纠缠态的产生。然而，该实验仅使用一对输入状态进行，因此C相门的功能没有得到充分验证。在这项研究中，我们使用量子过程层析成像建立了97.1%的过程保真度。此外，我们证明了受控非门操作的工艺保真度大于94%。该研究证实了用于量子计算电路的典型双量子位逻辑门可以用时间仓量子位实现，从而为基于时间仓量子位实现分布式量子计算迈出了重要的一步。
2020-03-10 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
Quantum process tomography of continuous-variable gates using coherent states
针对谐振子多 Fock 态编码导致量子门表征困难的问题，本文在超导电路中展示了相干态量子过程层析（csQPT），通过重建更大 Hilbert 空间的 Kraus 算符，更准确地确定了导致门不保真度的错误机制。
2023-03-02 quant-ph
Implementing efficient selective quantum process tomography of superconducting quantum gates on the IBM quantum processor
选择性量子过程层析成像（SQPT）的实验实现涉及在称为量子2-设计状态的一组特殊状态的帮助下计算过程矩阵的各个元素。然而，从量子2-设计态准备输入态以选择性地和精确地计算过程矩阵的期望元素所需的实验设置的数量仍然很高，因此在实验室中构建相应的幺正运算是一项艰巨的任务。为了减少实验的复杂性，我们在数学上重新制定了标准的SQPT问题，我们称之为改进的SQPT（MSQPT）方法。我们设计了广义量子线路来准备所需的输入态集，并制定了一个有效的测量策略，旨在最大限度地减少SQPT的实验成本。我们在IBM QX 2云量子处理器上实验演示了MSQPT协议，并选择性地表征了各种两量子位和三量子位量子门。
2021-07-15 quant-ph
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
Full Quantum Process Tomography of a Universal Entangling Gate on an IBM's Quantum Computer
本研究在IBM量子计算硬件上对通用两比特纠缠门SQSCZ开展全量子过程层析成像，验证了其良好的保真度与噪声特性，为量子计算的理论与应用发展提供支撑。
2024-02-10 quant-ph
Uncertainty Quantification for Matrix Compressed Sensing and Quantum Tomography Problems
我们构造极小极大最优非渐近置信集的低秩矩阵恢复算法，如矩阵Lasso或Dantzig选择器。这些被用来设计自适应序贯抽样程序，保证恢复的真实矩阵Frobenius范数后，数据驱动的停时$\hat n$的测量，必须采取的数量。在很大的概率下，这个停时是极大极小最优的。我们详细的应用程序，量子层析成像的问题，测量产生的泡利观测。我们还给出了在核范数下具有最佳直径的量子态密度矩阵的置信集的理论构造。我们的信心集的非渐近性质进一步研究在模拟研究。
2015-12-21 math.ST quant-ph stat.TH
Characterization and tomography of a hidden qubit
在基于电路的量子计算中，可用的门集合通常由作用于每个单独量子位的单量子位门和量子位对之间的至少一个纠缠门组成。然而，在某些物理架构中，一些量子位可能是“隐藏的”，并且缺乏通过专用控制和读出线的直接寻址能力，例如因为有限的片上路由能力，或者因为控制线的数量成为多量子位系统的限制因素。在这种情况下，没有单量子位操作可以应用于隐藏的量子位，并且它们的状态不能直接测量。相反，它们可以仅通过连接的“控制”量子位和一组合适的双量子位门的单量子位操作来控制和读出。我们首先讨论这种有限的控制能力对特定量子位耦合网络的量子体积的影响。然后，我们在实验上展示了超导双量子位器件的完全控制和测量能力，该器件具有本地单量子位控制和iSWAP以及由可调谐耦合器实现的受控相位双量子位相互作用。我们进一步介绍了一个迭代的调整过程，需要完全表征用于量子过程层析成像的门集，并评估由此产生的门的性能。
2020-11-17 quant-ph
Near-Minimal Gate Set Tomography Experiment Designs
Sandia National Laboratories, Quantum Performance Laboratory（桑迪亚国家实验室，量子性能实验室）
本文提出通过去除冗余优化门集量子态层析实验设计，实现更小更可扩展的实验方案，同时保持高精度。
2023-09-21 quant-ph
Two-Qubit Gate Set Tomography with Fewer Circuits
本文针对双量子比特门集层析实验线路过多的问题，提出利用 GST 线路的过完备结构识别并剔除冗余线路，在保持海森堡极限精度扩展的同时大幅降低实验成本，并通过数值模拟和 Fisher 信息验证了有效性。
2023-09-21 quant-ph
Characterizing mid-circuit measurements on a superconducting qubit using gate set tomography
发生在量子线路内部的测量--中间电路测量--是一个重要的量子计算原语，最值得注意的是用于量子纠错。中间电路测量具有经典输出和量子输出，因此它们可能受到终止量子线路的测量不存在的误差模式的影响。在这里，我们展示了如何表征中间电路测量，量子仪器建模，使用一种技术，我们称之为量子仪器线性门集层析成像（QILGST）。然后，我们应用这种技术来表征一个多量子比特系统内的超导transmon量子比特的色散测量。通过改变测量脉冲和后续门之间的延迟时间，我们探讨了剩余腔光子布居对测量误差的影响。QILGST可以解决不同的错误模式，并量化测量的总误差;在我们的实验中，对于1000 ns以上的延迟时间，我们测量了总误差率（即，当分别测量$0$和$1$时，$ε_{\diamond} = 8.1 \pm 1.4 \%$的半菱形距离）、$97.0 \pm 0.3\%$的读出保真度以及$96.7 \pm 0.6\%$和$93.7 \pm 0.7\%$的输出量子态保真度。
2021-03-04 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
A context-aware gate set tomography characterization of superconducting qubits
量子表征、验证和确认（QCVV）协议的效率高度依赖于假设的噪声模型和底层错误机制之间的一致性。事实上，量子处理单元（QPU）中的错误包含了上下文可靠性的各个方面，这些方面被大多数常用的QCVV协议所忽视。由于QCVV协议在表征和评估量子操作时是不可或缺的，因此迫切需要考虑到这些方面的详细表征。在这项工作中，我们通过设计一个上下文感知版本的门集断层扫描（GST）协议来解决这些缺点。我们的实验选择方法是基于一个多项式量化的累积误差内的设计电路。使用模拟的QPU，我们表明，这种技术使一个不准确的表征达到$10^{-5}$。此外，我们使用我们提出的协议来实验推断上下文相关的错误，即串扰和记忆效应，在一个公开访问的基于云的超导量子位平台。我们的研究结果表明，当GST升级到包括上下文意识等功能，观察到一个大的一致性的错误。这些发现开辟了大幅减少当前演示的QPU中的错误的可能性。
2022-02-28 quant-ph
Experimental quantum compressed sensing for a seven-qubit system
随着系统尺寸的增加，控制良好的量子设备面临着阻碍量子技术进一步发展的新障碍：量子断层扫描的努力-量子设备内过程和状态的表征-不利地扩展到最先进的系统无法再被处理的程度。量子压缩感知通过从不完整的可观测量集合重建状态来缓解这个问题。在这项工作中，我们提出了一个实验性的实施压缩断层扫描的7量子位系统-最大规模的实现日期-我们引入新的数值方法，以规模重建到这个维度。最初，压缩感知已经被提倡用于具有很少非零特征值的密度矩阵。在这里，我们认为，压缩感知提供的低秩估计可以是适当的，即使在一般情况下。原因是统计噪声通常只允许可靠地重建主要的本征向量：我们发现，其余的本征向量的行为方式与随机矩阵模型一致，该模型不携带关于真实状态的信息。我们报告了一个重建的量子态从拓扑色码的7个量子位，准备在一个被困的离子架构，基于断层扫描不完整的数据，涉及127泡利基础测量设置，重复100次。
2016-08-07 quant-ph
Experimental Comparison of Efficient Tomography Schemes for a Six-Qubit State
量子态层析成像受到随着量子比特数量呈指数增加的测量努力的影响。在这里，我们展示了置换不变的断层扫描，与传统的断层扫描相反，所有的资源都与测量工作以及处理和存储记录数据所需的计算能力方面的量子位数多项式缩放。我们证明了置换不变层析成像与压缩感知相结合的好处，通过研究泵功率对六量子位对称Dicke状态中存在的噪声的影响，这种情况下，只有非常高的泵功率才有可能进行全层析成像。
2014-08-05 quant-ph
Designing Shadow Tomography Protocols by Natural Language Processing
本文提出一种受自然语言处理启发的AI驱动量子电路设计协议，通过优化双比特门纠缠能力确定最小门集{iSWAP}，并利用强化学习训练循环神经网络生成高效电路，在影子层析基准下展现出强泛化能力。
2025-09-16 quant-ph
Quantum gate characterization in an extended Hilbert space
我们描述了一种使用量子过程层析成像来表征量子门的过程的方法，首先在扩展的希尔伯特空间中对其进行建模，该空间包括非量子位自由度。为了防止非物理过程被预测，目前的量子过程层析成像程序结合了数学约束，其不假设所描述的系统的实际物理性质。相比之下，这里提出的过程通过对量子过程的性质施加物理约束来确保物理性。这允许使用较小的实验数据集进行量子过程层析成像，并产生具有直接物理解释的参数。以全光控制非门中的模式匹配为例说明了该方法。所描述的技术是非特定的，并且可以应用于其他光学电路或量子计算架构。
2005-09-23 quant-ph
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
