Experimental High-Dimensional Quantum Overlapping Tomography
Centre for Quantum Technologies（量子技术中心）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University（南洋理工大学电气与电子工程学院）；Division of Physics and Applied Physics, School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学物理与数学科学学院物理与应用物理系）；Weifang University（潍坊学院）；Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学）；Universität Siegen（锡根大学）
本文提出基于图论的高维量子重叠层析成像，在4×4×2×2光子四体纠缠态上实验实现，用25个设置重构6个两体边际态，揭示分层纠缠结构，提供了可扩展的多维量子系统学习途径。
2026-08-18 quant-ph
Experimental benchmarking of quantum state overlap estimation strategies with photonic systems
针对量子态重叠估计策略缺乏实验精度基准的问题，本文通过光子系统比较四种实用策略性能并提出自适应策略，为提取量子系统参数及设计高效协议提供新见解。
2025-02-12 quant-ph
Trading energy for coherence in mode discrimination
Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；Department of Physics, National University of Singapore（新加坡国立大学物理系）
本文研究经典资源能量与量子资源相干性在最优模式识别任务中的相互作用，求解硬能量约束下的双模识别问题，确定福克态为最佳识别选择的重叠区域，发现相干性可提升其他重叠情况的识别效果。
2026-10-15 quant-ph
Mitigating shot noise in local overlapping quantum tomography with semidefinite programming
针对近期量子计算中约化密度矩阵（RDMs）测量易受散粒噪声影响产生非物理结果的问题，提出用多项式规模半定规划施加相容性约束、重构重叠RDMs以缓解噪声的方法，可提升精度与资源效率，适用于变分算法等场景。
2025-06-12 quant-ph
Sample efficient tomography via Pauli Measurements
泡利测量是量子信息科学理论和实验中最重要的测量。在本文中，我们探讨了泡利测量在状态层析成像相关问题中的作用。首先，我们证明了$n$ -量子比特系统的\textit{quantum state tomography}问题可以用Pauli测量的未知态的${\mathcal{O}}(\frac{10^n}{ε^2})$拷贝来完成。作为直接应用，我们研究了Cotler和Wilczek在参考文献\cite{Cotler_2020}中提出的\textit{quantum overlapping tomography}问题.我们证明了$k$的量子重叠层析成像的样本复杂度为$\mathcal{O}(\frac{10^k\cdot\log({{n}\choose{k}}/δ))}{ε^{2}})$-$n$中的量子比特约化密度矩阵是量子系统，其中$1-δ$是机密水平，$ε$是迹距误差.这可以通过泡利测量来实现。此外，我们证明了$Ω(\frac{\log(n/δ)}{ε^{2}})$拷贝是必需的。换句话说，对于常数$k$，联合的，高度纠缠的，测量并不比泡利测量更有效。
2020-09-13 quant-ph
Trading Quantum Ensembles
本文研究在给定副本数和保真度下量子系综的实用价值比较问题，通过纯度资源理论、态区分、纯化与层析推导资源等价曲线，从而判断是否应进行系综交易。
2025-08-18 quant-ph
Quantum Overlapping Tomography
现在实验上可以纠缠数千个量子位，并在不同的基础上并行有效地测量每个量子位。为了完全表征$n$量子比特的未知纠缠态，需要在$n$中进行指数数量的测量，这即使对于适度的系统尺寸也是实验上不可行的。通过利用（i）可以并行进行单量子比特测量，以及（ii）完美哈希族理论，我们证明了$n$量子比特状态的所有$k$ -量子比特约化密度矩阵可以用最多$e^{\mathcal{O}(k)} \log^2(n)$轮的并行测量来确定。我们提供具体的测量协议，实现这一界限。作为一个例子，我们认为，在目前的实验中，在1000个量子比特的系统中，每对量子比特之间的纠缠可以在几天内测量和完全表征。这相当于完全表征了近50万对量子比特的纠缠。
2019-08-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Multimode Quantum State Tomography Using Unbalanced Array Detection
我们使用电荷耦合器件阵列探测器在一个不平衡的外差配置测量的联合Q函数的多个空间模式的字段。弱信号场和强本振子之间的干涉所形成的强度图案使用傅立叶分析来解决，并用于同时重建22个空间模式的正交振幅统计。本地振荡器和信号以12 mrad的角度传播，从而将经典噪声转换为不与信号重叠的模式。在该配置中，平衡检测不是必需的。
2014-07-23 quant-ph
Distributed Learning of Quantum State Tomography Robust to Readout Errors
Dept. of ECE, Univ. of Minnesota（明尼苏达大学电子与计算机工程系的）
本文提出一种联合区域量子态全息学习框架，通过分布式交替方法解决多量子比特系统的读出误差问题，提升状态恢复性能并揭示性能、通信与计算间的权衡。
2026-04-15 eess.SP quant-ph
Quantum phase estimation for nondestructive monitoring and Wigner tomography of bosonic fields
Universidade Federal de São Carlos（圣卡洛斯联邦大学）；Universidade Estadual Paulista (UNESP)（圣保罗州立大学）
该研究将量子相位估计经色散光-物质相互作用改造为玻色场非破坏性监测工具，结合相空间位移实现维格纳断层扫描，在多种量子态重建中获高保真度，适用于超导量子架构的玻色态表征等场景。
2026-08-24 quant-ph
Fitness landscape for quantum state tomography from neutron scattering
University of Kent（肯特大学）
针对中子散射量子态层析问题，本文数值考察其适应度景观，发现结构因子均方距离与态重叠呈线性关系，并论证其可推广至热平衡态、外磁场及有限团簇情形。
2025-10-20 cond-mat.str-el quant-ph
Orbital-Rotation Shadow Tomography Reduces the Classical Cost of Quantum-Classical Auxiliary-Field Quantum Monte Carlo
IonQ Inc（IonQ公司）
本研究提出轨道旋转阴影层析，将QC-AFQMC经典后处理成本降至多项式级，并证明估计器无偏且方差有界，GPU实现显示并五苯体系后处理仅需两天，大幅提升可扩展性。
2026-10-05 physics.class-ph quant-ph
Experimental sample-efficient quantum state tomography via parallel measurements
本文提出并行测量量子态层析方法PQST，在超导量子芯片上验证其能以远少于全量子态层析的测量次数实现W态等量子态的高保真重建，显著降低测量成本。
2024-09-19 quant-ph
Quantum process tomography of molecular dimers from two-dimensional electronic spectroscopy I: General theory and application to homodimers
从二维电子光谱序列（2D-ES）中推断多色体系随时间演化的量子态是否可能？在这里，我们提供了一个积极的回答，一个听话的模型系统：耦合二聚体。在详尽地列举了与2D-ES中的每个峰相关联的Liouville路径之后，我们认为，通过明智地结合来自一系列改变脉冲的偏振和频率分量的实验的信息，可以获得关于等待时间的输入和输出量子态的幅度水平的详细信息。这种可能性产生的量子过程层析成像（QPT）的单激子流形，它完全特征的开放量子系统动力学通过重建的过程矩阵。这是两篇系列文章中的第一篇。在这篇手稿中，我们专门研究我们的结果的情况下，一个同源二聚体，在那里我们证明，信号源于相干人口转移，反之亦然消失后各向同性平均，因此，只有部分QPT是可能的，在这种情况下。然而，这一事实简化了光谱，并且由此得出，仅两个偏振控制实验（并且没有脉冲成形要求）就足以产生在各向同性平均下存活的处理矩阵的元素。从2D-ES自洽地获得两个位置跃迁偶极矩之间的角度。模型计算，以及误差分析的偶极子和峰重叠之间的角度。在本文的第二篇文章中，我们对异二聚体的理论进行了数值模拟，并对这种情况进行了详细的误差分析。这项调查提供了一个重要的基准，更复杂的建议，量子过程层析成像（QPT）通过多维光谱实验。
2011-01-14 quant-ph
Optimal evolution models for quantum tomography
本文中提出的研究涉及量子断层扫描的频闪方法，这是量子物理学和线性代数重叠的科学领域。本文介绍了二能级和三能级系统的参量依赖量子信道的代数结构，使得与Kraus算符对应的演化生成元没有简并本征值。在这种情况下，发生器的周期性指数等于$1$，这在物理上意味着存在一个可观测值，其在不同时刻执行足够次数的测量提供了足够的数据来重建初始密度矩阵，从而重建状态的轨迹。介绍了参数的必要条件以及参数之间的关系。本文中提出的结果似乎有相当大的潜在应用在实验中，由于事实上，一个人可以通过进行只有一种测量进行量子层析成像。因此，所分析的演化模型可以被认为是最佳的量子断层扫描的上下文中。最后，我们还介绍了关于$n-$维Hilbert空间的最优演化模型的一些注记.
2016-01-08 math-ph math.MP quant-ph
Characterization of conditional state-engineering quantum processes by coherent state quantum process tomography
条件量子光学过程使得从高度非经典态的产生到量子逻辑运算的实现的广泛技术成为可能。在实际实现中可以实现的过程保真度取决于多个系统参数。在这里，我们实验研究Fock状态过滤，一个典型的例子，一个广泛的类条件量子操作作用于一个单一的光场模式。这种操作是基于在分束器处待操纵的模式与辅助单光子状态的干涉，从而导致两个输出模式的纠缠。在一个输出模式下对单个光子的条件投影测量预示着该过程的成功。该操作实现了测量引起的非线性，能够抑制任意量子态的特定光子数概率幅度。我们采用相干态过程层析成像来确定在我们的实验中实现的精确操作。为了确定实验不完美的关键来源，我们开发了一个模型的过程，并确定了三个主要的贡献，显着妨碍其功效。重建的张量与模型的过程中考虑到源的实验不完美的保真度优于0.95。这使我们能够确定在实现高保真度滤波器时要克服的三个关键挑战-即辅助状态的单光子性质，高模式重叠，以及在预示时需要进行数分辨检测。结果表明，该滤波器确实表现出与输入光子数成函数的非线性响应，并保持了输出态Fock层之间的相位关系，为未来的应用提供了希望。
2014-10-25 quant-ph
Experimental Demonstration of Quantum State Multi-meter and One-qubit Fingerprinting in a Single Quantum Device
我们在核磁共振实验中，利用量子干涉多用仪，在不需要量子层析成像资源的情况下，提取未知量子态的某些性质。它可以进行量子系统的直接态确定、本征值/本征向量估计、纯度测试以及任意两个未知量子态的重叠。使用相同的设备，我们还演示了单量子位量子指纹识别。
2004-12-08 quant-ph
Fidelity of a Rydberg blockade quantum gate from simulated quantum process tomography
我们提出了一个详细的误差分析里德堡封锁介导的控制非量子门两个中性原子之间的最近在物理评论快报证明。104，010503（2010）和Phys.Rev.A82，030306（2010）。门动态的主方程的数值解，包括所有已知的技术误差源，被证明是在良好的协议与实验。门误差的主要来源进行了鉴定，并为今后的改进提出了建议。我们还提出了量子过程层析成像的数值模拟，以找到内在的保真度，忽略技术误差，里德堡封锁控制的相位门。门保真度的特点是使用轨迹重叠和轨迹距离的措施。我们表明，跟踪距离是线性敏感的有限里德伯封锁移位所产生的错误，并引入一个修改后的脉冲序列，纠正线性错误。我们的分析表明，对于$^{87}$ Rb或Cs原子的特定状态，从模拟量子过程层析成像中提取的本征门误差可以低于0.002。讨论了容错阈值计算中所用的门错误概率与工艺保真度之间的关系。
2012-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Heuristically optimizing, synthesizing, and prioritizing measurement settings for quantum state tomography
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文将量子态层析的算子划分转化为图着色问题，开发高效框架，经多量子系统验证，可大幅减少测量设置、提升信息增益，速度远超蛮力法。
2026-09-03 quant-ph
Classical Shadows for Quantum Process Tomography on Near-term Quantum Computers
本文提出ShadowQPT，一种基于经典阴影的量子过程层析成像方法，通过随机重建Choi矩阵，支持高效计算重叠、约化过程及哈密顿量学习，并在IonQ量子计算机上验证了其有效性。
2024-02-09 cond-mat.str-el physics.comp-ph quant-ph
Hadamard Random Forest: Reconstructing real-valued quantum states with exponential reduction in measurement settings
针对仅需实值振幅的量子计算场景，提出基于Hadamard随机森林的实值量子态读出方法，将测量设置降至O(N_q)，经10量子比特IBM处理器验证，在特性提取、态重叠估计等方面表现优异，可用于量子线性求解器读出。
2025-09-05 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
Quantum tomography using state-preparation unitaries
我们描述的算法，以获得一个近似的经典描述的$d$ -维量子态时，给予访问一个酉（及其逆），准备it.For纯状态，我们表征查询复杂度为$\ell_q$ -范数误差对数因子。作为一个特殊的情况下，我们表明，它需要$\widetildeΘ(d/\varepsilon)$应用程序的酉得到一个$\varepsilon$ - $\ell_2$ -近似的状态。对于混合状态，我们考虑一个类似的模型，其中幺正准备状态的纯化。在这个模型中，我们给出了一个有效的算法获得Schatten $q$ -范数估计的秩$r$混合状态，查询上限接近最优。特别是，我们表明，跟踪范数（$q=1$）估计可以得到$\widetilde{\mathcal{O}}(dr/\varepsilon)$查询。这改进了（假设我们的输入模型更强）Haah等人算法的$\varepsilon$依赖性。（2017），其对状态的$\widetilde{\mathcal{O}}(dr/\varepsilon^2)$副本使用联合测量。据我们所知，纯状态层析成像的最有效的采样结果来自于在通用混合状态层析成像算法中将秩设置为$1$，这可能需要计算。我们描述的纯状态，容易和快速实现的样本最优算法。一路上，我们表明，一个$\ell_\infty$ -范数估计的归一化向量诱导（略差）$\ell_q$ -范数估计的向量，而不会失去一个维度依赖的因素的精度。我…
2022-07-18 cs.CC cs.DS quant-ph
Quantum computation of dynamical quantum phase transitions and entanglement tomography in a lattice gauge theory
利用囚禁离子量子计算机首次在格点规范理论（Schwinger模型）中实现了动力学量子相变的量子计算与纠缠层析成像，为用量子技术研究高能与核物理拓扑现象迈出第一步。
2023-09-11 hep-lat hep-ph nucl-th
Complementary quantum and classical records of qubit decoherence
Tokyo University of Agriculture and Technology（东京农工大学）
研究通过张量网络动力学揭示退相干过程中非经典态的条件性印记，展示温度和谱指数对非经典性的调控作用。
2026-11-09 quant-ph
Conditional $π$-Phase Shift of Single-Photon-Level Pulses at Room Temperature
有用的光子-光子相互作用的发展可以引发量子信息科学的许多突破，然而这仍然是一个跨越几十年的相当大的挑战。在这里，我们展示了第一个室温实施的大相移（$\approxπ$）的单光子水平探测脉冲（1.5 μ s）由一个错误传播的少光子水平的信号场触发。该过程由双$Λ$原子构型中的$Rb^{87}$蒸气介导。我们利用零差层析技术获得相移量子场的正交统计，并在Fock态基下进行最大似然估计重建其量子态。对于探测光场，我们观察到相移输出态的输入输出耦合系数大于90 $\%$，与理论上完全相干态的重叠率大于90%.我们的无噪声，四波混合介导的光子-光子接口是一个关键的里程碑，朝着发展量子逻辑和非破坏光子探测使用方案，如相干光子转换。
2019-06-27 quant-ph
Optimal quantum tomography with constrained elementary measurements arising from unitary bases
本文的目的是介绍获得确定d能级量子态或区分这种态的最佳方法的技术。它需要设计从有限维d > 3的希尔伯特空间H的算子代数B（H）的酉基U的极大交换子集中提取的约束初等测量，或者在为H选择正交基之后，为d > 3阶复矩阵的 *-代数Md设计约束初等测量。并对这些技术进行了举例说明。结果表明，对于素数p和a的乘积d，幺正算符的施温格基U可以给出具有少量量子力学重叠（或者相应的单位向量之间只有少量角度）的秩为1的投影器的理想数目d^2。我们还给出了张量积和约束初等测量技术相结合的方法来处理所有的d。比较了不同形式的酉基的希尔伯特空间，也为不同的希尔伯特空间因子的张量积。在此过程中，我们还研究了R定义的酉基的等价关系。F.维尔纳[J. Phys. A：Math.Gen.34（2001）7081]，将其连接到最大纠缠向量基上的局部运算，找到关于某些交换系统的等价类的不变量，称为扇形表示，并将其与相互无偏基和Hadamard矩阵相关联。在拉丁广场和投影表示的背景下，以及插图。
2021-04-27 math-ph math.MP quant-ph
Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Heterodyne Interferometry
提出了一种新的相干反斯托克斯喇曼散射（CARS）信号的干涉测量方法。产生两个前向CARS信号，干涉仪的每个臂中一个。CARS过程的确定性性质允许这两个信号在空间和时间上重叠时相互干扰。因此，可以采用外差检测来增加CARS信号检测的灵敏度。此外，非线性CARS干涉测量将有助于在光学相干断层扫描（OCT）中使用这种光谱技术进行分子对比。
2003-11-17 physics.med-ph physics.optics quant-ph
Shadow-Based Noise Fingerprinting of Simulated Quantum Noise Models
University of Delaware（特拉华大学）；University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩县分校）
研究针对近期量子处理器噪声分类难题，提出结合结构化经典影子层析成像与物理信息特征工程的可扩展噪声指纹识别流程，用279维特征向量表征样本，在含10种噪声类型的数据集上评估三种分类器，随机森林表现最佳，为后续研究提供方向。
2026-08-11 cs.SE quant-ph
