High fidelity two-qubit quantum state tomography of Electron-14N hybrid spin register in diamond
本文提出了一种基于Rabi实验的量子态层析新方法RAQST和RPQST，无需幺正操作即可高保真度表征金刚石中NV中心14N核自旋的双量子比特纯态。
2024-06-04 quant-ph
A Scalable Maximum Likelihood Method for Quantum State Tomography
极大似然重建的原则已被证明是产生令人满意的结果的背景下，量子态层析成像的多体系统的中等系统的大小。然而，直到最近，量子态层析成像一直被认为是不可行的系统，包括大量的子系统，由于希尔伯特空间维数的指数增长的成分的数量。从那时起，已经提出了几种重建方案，以克服量子多体层析成像的两个主要障碍：实验时间和后处理资源。在这里，我们讨论了一种策略，以解决这些限制的极大似然原则，通过采用一个特定的状态表示合并一个完善的重建算法，最大限度地提高了可能性与技术，从量子多体理论。
2014-01-28 quant-ph
Experimental tomography of NOON states with large photon numbers
我们已经进行了实验量子态层析NOON状态与多达四个光子。测量态是由经典相干态与自发参量下转换混合产生的。我们表明，这种方法产生的状态表现出高保真度与理想的NOON状态。的保真度是有限的重叠的双光子下转换状态与任何两个光子起源于相干态，为此，我们引入和测量的品质因数。第二个限制的保真度设置的总设置传输进行了讨论。我们也适用于相同的层析成像过程表征相关的光子空穴状态。
2015-06-30 quant-ph
High fidelity quantum state tomography of electron-$^{14}$N nuclear hybrid spin register in diamond using Rabi oscillations
Hasselt University（荷语哈瑟尔特大学）；IMEC（imec研究所）
提出基于拉比振荡的量子态层析（RQST）方法，在金刚石NV色心的电子和核自旋单比特态上实现高保真度表征，平均保真度达0.995。
2026-06-29 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
Gradient-descent methods for scalable quantum detector tomography
University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本文提出利用梯度下降优化学习量子探测器的正运算测度POVM，相比约束凸优化在噪声和有限探针资源下更高效且重建保真度更高。
2026-03-01 quant-ph
High Fidelity Single-NV Qubit Quantum State Tomography by Photoelectric Readout
Hasselt University（哈瑟尔特大学）；Imec（imec研究所）
本文通过光电读出技术实现单NV量子位的高保真量子态重构，展示其在保真度和集成性方面的优势。
2026-10-22 quant-ph
Benchmarking quantum tomography completeness and fidelity with machine learning
我们训练卷积神经网络来预测一组测量是否在信息上完整，以在没有先验信息的情况下唯一地重建任何给定的量子态。此外，我们执行保真度基准测试的基础上，这个测量集没有明确进行状态断层扫描。网络经过训练，可以识别保真度和信息完整性的可靠度量。通过逐渐积累测量和数据，这些经过训练的卷积网络可以通过加速运行时计算并大大减少实验中的系统漂移来有效地建立压缩量子态表征方案。我们确认了这种机器学习方法的潜力，提出了大尺寸的空间模式和多光子系统的实验结果。当网络使用来自真实实验数据的额外自举训练集进行训练时，这些预测进一步得到改善。使用厄米-高斯源的实际光束轮廓位移误差模型，我们进一步在数值上证明，在状态保真度显着恶化之前，经过训练的网络的认证时间的数量级减少大大增加了使用这些源的大规模量子处理器的计算产量。
2021-10-23 quant-ph
Comparative analysis of various protocols for high-precision tomography of qudits
量子层析成像是从实验数据中获取量子态信息的重要工具。在这项研究中，我们进行了比较分析的各种量子断层扫描协议，包括协议的基础上高度对称的状态向量集，在相互无偏基地（MUB），和两级变换。利用量子态层析成像保真度的普适分布，我们估计了应用于均匀分布在Haar测度上的一组随机态的各种维数的量子点的量子测量的保真度和效率.
2022-01-09 quant-ph
Photon-number tomography and fidelity
在星积量子化的框架下讨论了光子数层析成像方案。回顾了双量子化方案与可观测量的关系。给出了光子数层析成像方案及其对偶方案中层析图像星积的量化、反量化算子和核函数的显式表达式。讨论了光子数层析方案中的保真度和态纯度问题，得到了保真度和态纯度的表达式，即两幅光子数层析图乘积的积分形式，积分核以显式形式给出.利用态光子数层析图的不等式讨论了量子性的性质。
2012-12-23 math-ph math.MP quant-ph
Experimental estimation of quantum discord for polarization qubit and the use of fidelity to assess quantum correlations
我们解决了由一对偏振量子比特组成的系统的熵量子不和谐的实验测定。我们比较了全部和部分断层扫描的结果，发现这两个决定是统计上兼容的，部分断层扫描导致去极化状态的不和谐值较小。尽管事实上，我们的国家很好地描述，在保真度方面，由家庭的去极化或相位阻尼状态，他们的熵不和谐可能是很大的不同，从这些类别的状态预测，这样，没有可靠的估计程序超出层析成像可以有效地实施。我们的结果，加上缺乏一个通用的两量子比特状态的熵不和谐的解析公式，表明量子不和谐的估计是一个固有的噪声过程。此外，我们质疑使用保真度作为品质因数来评估量子相关性。
2013-05-21 quant-ph
Quadrature Histograms in Maximum Likelihood Quantum State Tomography
量子态层析成像的目的是从测量数据中确定系统的量子态，是量子信息科学的重要工具。在处理连续变化的光量子态时，层析成像通常通过使用零差检测测量不同光学相位处的场幅度来完成。正交相位零差测量输出的是一个连续变量，为了减少层析成像的计算量，研究人员经常将测量离散化。我们表明，这是可以做到的，而不会显着降低估计状态和真实状态之间的保真度。本文研究了不同的策略来确定直方图箱宽度。我们表明，计算时间可以显着减少，损失不大的保真度估计状态时，对应于每个直方图箱的测量算子集成在箱宽度。
2018-05-18 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
Compressed sensing quantum process tomography for superconducting quantum gates
我们采用压缩感知（CS）量子过程层析（QPT）方法来表征基于超导Xmon和相位量子比特的量子门。使用两个量子比特控制Z门的实验数据，我们得到了一个估计的过程矩阵$χ$与充分的QPT相比，具有相当高的保真度，但使用显着减少的初始状态和测量配置。我们表明，CS方法仍然工作时，所使用的数据量是如此之小，标准的QPT将有一个欠定系统的方程。我们还将CS方法应用于分析具有数值增加的噪声的三量子比特Toffoli门，并且同样表明该方法对于大幅减少的数据集效果良好。对于CS计算，我们使用两个不同的基地，其中的过程矩阵$χ$是近似稀疏的，并显示所得到的估计的过程矩阵相匹配的每一个具有合理的高保真度。对于两个量子比特和三个量子比特门，我们不仅通过其过程矩阵和保真度来表征量子过程，而且还通过相应的标准差来表征，标准差通过不同初始状态的状态保真度的变化来定义。
2014-07-03 quant-ph
Optimising shadow tomography with generalised measurements
量子技术的进步需要可扩展的技术来有效地从量子系统中提取信息，例如可观测量的期望值或其熵。传统的断层扫描仅限于少数量子位，而阴影断层扫描已被建议作为更大系统的可扩展替代品。传统上，阴影断层扫描是基于应用随机酉群时系统上的理想投影测量结果进行分析的。在这里，我们建议，阴影断层扫描可以更直接地制定为广义测量，或积极的运营商价值的措施。基于最小二乘估计的思想，广义测量的阴影层析成像比传统的幺正随机公式更一般和简单。特别是，这个公式使我们能够详细分析理论方面的阴影层析成像。例如，我们提供了一个详细的研究阴影断层扫描中的对称性的含义。当噪声不可避免时，具有广义测量的阴影层析成像在量子力学测量的实际实施中也是不可或缺的。此外，我们还演示了如何优化测量的阴影断层扫描针对一组特定的观测量可以进行。
2022-11-26 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
Geometric Latent Space Tomography with Metric-Preserving Autoencoders
BRAC University（布拉格大学）
本文提出几何潜在空间断层扫描方法，结合经典编码器与量子解码器，通过度量保持损失保留量子度量结构，实现高保真量子态重建与误差缓解。
2025-12-16 quant-ph
Neural Network Architectures for Scalable Quantum State Tomography: Benchmarking and Memristor-Based Acceleration
该研究针对量子态层析受希尔伯特空间指数增长限制的问题，基准测试多种神经网络架构在纯/混合态重构中的表现，明确CNN、CGAN扩展性最优，同时探讨忆阻器存内计算可加速模型，为量子-经典协同设计奠基。
2025-07-30 quant-ph
Direct Fidelity Estimation for Generic Quantum States
针对量子态保真度估计问题，提出结合量子振幅估计与经典影子层析的通用协议，将计算成本降至希尔伯特空间维度平方根量级，并大幅减少测量次数与通信成本。
2024-12-10 quant-ph
Quantum teleportation with atoms: quantum process tomography
研究了在离子阱量子计算机上实现的量子隐形传态算法的性能。首先从六个输入态在Bloch球上均匀分布的隐形传态保真度的角度分析了该算法。此外，量子过程层析成像的隐形传态算法进行了提供了几乎完整的知识的算法。
2007-04-16 quant-ph
Assessing the significance of fidelity as a figure of merit in quantum state reconstruction of discrete and continuous variable systems
实验研究了保真度作为品质因数在离散和连续变量量子光学系统量子态重构中的重要性。特别是，我们分析了使用保真度的CV状态和DV的最大似然偏振断层扫描的量子零差层析成像，专注于非经典性，纠缠和量子不和谐的保真度的目标状态的函数。我们的研究结果表明，高值的保真度，尽管很好地量化希尔伯特空间中的几何接近，可以获得显示相反的物理性质，例如量子或半经典功能的状态。特别地，我们详细分析了单模光学系统的压缩热态和双光子偏振量子比特系统的Werner态的量子到经典的跃迁。
2016-04-01 quant-ph
Efficient Quantum Mixed-State Tomography with Unsupervised Tensor Network Machine Learning
本文提出基于局域纯化态拟设和无监督张量网络机器学习的高效混合态量子态层析方案，以远少于最小二乘法的POVM基数量实现更高保真度，并在10量子比特GHZ态上验证了其高效性与鲁棒性。
2023-08-14 quant-ph
Orthogonalised Self-Guided Quantum Tomography: Insights from Single-Pixel Imaging
Heriot-Watt University（赫瑞-瓦特大学）；University of the Witwatersrand（威特沃特斯兰德大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）
本文提出正交化自引导量子成像，通过单像素成像的启发，实现更快更准确的收敛，提升成像 fidelity。
2026-04-09 quant-ph
Practical and reliable error bars for quantum process tomography
量子过程层析成像中的当前技术通常基于有限但大量的测量数据返回未知过程的单点估计。然而，由于统计波动，其他接近点估计的过程也可以产生几乎确定的观测数据。除非可以构建适当的误差条，否则点估计值不具有任何合理的操作解释。在这里，我们通过构造量子过程的置信域估计器来解决这个问题。我们的方法能够可靠地估计基本上任何品质因数的量子过程的几个量子比特，包括钻石距离到一个特定的噪声模型，纠缠保真度，和最坏情况下的纠缠保真度，通过识别错误区域，其中包含具有高概率的真实状态。我们还提供了一个软件包--QPtomographer--实现我们的钻石范数和最坏情况下的纠缠保真度的估计。我们说明了它的使用和性能与几个模拟的例子。我们的工具可用于可靠地验证纠错码、酉门的实现或更一般地影响量子系统的任何噪声过程的性能。
2018-08-01 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
Quantum process tomography of single photon quantum channels with controllable decoherence
我们刻画了单光子偏振量子比特的单位量子信道。通道由两个双折射晶体和波片组成，其中它们的消相干特性被控制。使用量子过程层析成像程序进行了两种不同的去偏振配置之间的实验比较。计算结果与理论预测吻合较好。
2012-03-15 quant-ph
Statistical Estimation of Quantum Tomography Protocols Quality
提出了一种新的计算量子态层析成像协议效率的方法。它是基于一个先验估计的质量的任意协议的普遍渐近保真度分布和条件数，它采取最小值为更好的协议。我们证明了充分的方法与数值模拟和实验实现的几个实际重要的协议的量子态层析成像。
2010-02-18 quant-ph
Scalable Algorithms for Power Function Calculations of quantum states in NISQ Era
本文提出两种可扩展且量子比特高效的算法（基于Hadamard测试和Gate Set Tomography）计算随机量子态幂函数，后者显著减少双量子比特门使用，并应用于Von Neumann熵计算。
2023-12-24 quant-ph
Scalable reconstruction of density matrices
最近在量子态层析成像领域的贡献表明，尽管希尔伯特空间随着子系统的数量呈指数增长，一维量子系统的层析成像仍然可以通过定制的重建方案有效地执行。在这里，我们讨论了一个可扩展的方法来重建混合状态，很好地近似矩阵乘积运算符。重建方案只需要本地信息的状态，引起的重建技术，是可扩展的系统大小。它是基于一个建设性的证明，通用矩阵产品运营商是完全由他们的本地减少。我们讨论了该计划的应用程序的模拟数据和离子阱实验中获得的实验数据。
2013-07-18 quant-ph
Practical characterization of quantum devices without tomography
量子层析成像是用于评估量子信息处理设备质量的主要方法，但其复杂性对即使是中等规模的系统的表征也是一个主要障碍。提取关于设备的完整信息所需的实验设置的数量随着其大小呈指数级增长，处理这些实验生成的数据的运行时间也是如此。问题的部分原因是断层扫描产生的信息比通常所寻求的要多得多。采取更有针对性的方法，我们开发的计划，使（i）估计的保真度的实验的理论理想的描述，（ii）学习减少子集内的描述最匹配的实验数据。与断层扫描相比，这两种方法都显著减少了资源。特别是，我们证明，保真度可以估计从一些简单的实验设置，是独立的系统的大小，消除了一个重要的路障较大的量子信息处理单元的实验研究。
2011-11-18 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
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
Calibration and High Fidelity Measurement of a Quantum Photonic Chip
集成量子光子电路正变得越来越复杂。器件参数的精确校准和制备的量子态的详细表征对于未来的进展至关重要。在这里，我们报告了一个有效的实验校准方法的基础上贝叶斯更新和马尔可夫链蒙特卡罗积分。我们使用这种校准技术来表征两个量子位芯片，并提取其定向耦合器的反射率。对四个Bell态的平均量子态层析成像保真度为93.79+/-1.05%。此外，将测量的密度矩阵与使用从校准导出的非理想器件参数的模型进行比较，我们实现了97.57+/-0.96%的平均保真度。这指出芯片参数的非理想性是贝尔态保真度下降的主要因素。我们还进行了量子态层析贝尔态，而连续变化的光子可分辨性，并找到与理论非常吻合。
2013-06-07 quant-ph
Systematic errors in current quantum state tomography tools
在实验量子态层析成像中获得物理密度矩阵的常用工具在这里被示出为引起系统误差。例如，使用极大似然或最小二乘优化的状态重建，我们观察到一个系统的低估的保真度和高估的纠缠。这个问题的解决方案可以通过对数据进行线性评估来实现，从而产生可靠的和计算简单的界限，包括误差条。
2014-07-22 quant-ph
Implementation of local and high-fidelity quantum conditional phase gates in a scalable two-dimensional ion trap
我们提出了一个方案，以实现高保真度条件相位门对被困离子浸没在一个二维库仑晶体，利用所有轴向模式介导的相互作用，没有边带寻址。通过数值计算表明，通过对激光束进行整形，仅能激发局域模实现纠缠门，从而使量子门的复杂度不随系统尺寸的增加而增加。这些结果为在二维陷阱结构中实现大规模容错量子计算提供了一种有希望的途径。
2009-11-10 quant-ph
Heralded Polynomial-Time Quantum State Tomography
我们描述了一个算法的量子态层析成像，在多项式时间收敛到一个估计，连同严格的误差界之间的保真度的估计和真实的状态。结果表明，在大量子系统上进行状态层析成像可能比状态空间的指数大小所暗示的更可行。在许多情况下，状态估计的正确性可以单独从数据中得到验证，而无需对测量状态的形式进行先验假设。
2010-02-23 quant-ph
Efficient sampling for Pauli-measurement-based shadow tomography in direct fidelity estimation
本文提出仅用局部Pauli测量对GHZ、W和Dicke态执行直接保真度估计的高效采样方法，通过调整可观测量分布，将所需测量次数分别收紧14.22倍和16倍，且无需额外预处理。
2025-09-16 math.QA quant-ph
Effect of chaos on information gain in quantum tomography
动力学中的混沌是使量子层析成像中的信息增益成为可能还是阻碍它？我们解决这个问题，通过考虑连续测量断层扫描，其中的测量记录是作为一个厄米观察的期望值的序列不断变化下的重复应用的Floquet地图的量子踢顶。对于一个给定的动力学和厄米特观测值，我们观察到完全相反的行为，在断层扫描的局域自旋相干态相比，随机状态。随着动力学中混沌度的增加，自旋相干态的重构保真度降低。这与以前的结果连接信息增益在断层扫描的随机状态的混沌程度的动态驱动系统。在层析成像中获得的信息增益的速率以及因此获得的保真度不仅取决于动力学中的混沌程度以及它在何种程度上导致初始可观测值在算子空间的各个方向上扩散，而且更重要的是，这些方向与待估计的密度矩阵对准的程度。我们的研究也给出了一个操作解释的运营商扩展的保真度增益在一个实际的量子信息层析协议。
2022-08-27 nlin.CD quant-ph
Scalable on-chip quantum state tomography
量子信息系统的复杂性将大大超过任何经典设备。量子设备中纠缠量子比特的数量正在迅速增加，并且完全描述这些系统所需的信息随量子比特数量呈指数级增长。这种缩放是量子系统的关键优势，但它也带来了严峻的挑战。为了表征这样的系统，通常需要指数级长的不同测量序列，对于大量的量子比特来说，这对资源的要求很高。在这里，我们提出了一种新颖的和可扩展的方法来表征量子系统，其中测量过程的复杂性仅与量子比特的数量线性相关。我们实验证明了一个集成的光子芯片能够测量两个和三个光子量子态与重建保真度为99.67%。
2017-04-12 physics.optics quant-ph
Matrix-Completion Quantum State Tomography
部署中型和大型量子设备需要开发有效的全状态断层扫描技术的量子基准。本文介绍了一种基于矩阵填充的纯量子态层析成像方法，称为矩阵完备量子态层析成像。这种方法只需要2n + 1个本地泡利算子和最少的后处理的n-量子比特状态。数值结果表明，我们的方法是非常有效的超导实量子器件和实现更好的保真度估计的多量子位量子态相比，当代纯态层析成像方法。矩阵完成量子态层析成像协议的这些期望特征使其适合于主要处理纯量子态的中型和大型量子设备的基准测试。
2021-11-22 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
Quantum states tomography with noisy measurement channels
我们认为现实的测量系统，测量伴随着退相干过程。这项工作的目的是精确的量子测量的方法和算法的建设与保真度接近的基本限制。在本工作中，理想和非理想量子测量的概念是严格形式化的。结果表明，非理想量子测量可以表示为理想测量的混合。基于求根方法，发展了量子态重构方法。提出了非理想量子测量的信息精度理论。检查了关于量子态参数的信息量的监测，包括在噪声影响下的信息退化的分析。对非理想量子测量中的可达保真度进行了研究。给出了基于具有高度对称性的多面体几何的一类量子协议的保真度特性的模拟结果。考虑了不同的退相干机制，包括量子比特的振幅和相位弛豫，比特翻转和相位翻转，的影响。
2017-01-07 quant-ph
Experimental Estimation of Average Fidelity of a Clifford Gate on a 7-qubit Quantum Processor
实验中的量子门固有地容易出现错误，这些错误需要在它们可以被校正之前被表征。通过量子过程层析成像进行全面表征是不切实际的，而且往往是不必要的。对于大多数实际目的，估计更一般的量（如平均保真度）就足够了。在这里，我们使用酉2-设计和旋转协议，有效地估计Clifford门的平均保真度，以证明一个7量子比特纠缠门在核磁共振量子处理器。与全过程层析成像所需的多个$10^8$实验相比，我们进行了1656次实验，以满足99%的统计置信水平。实验中Clifford门的平均保真度为55.1%，如果去除退相干引起的失真，则可提高到87.5%。整个证明Clifford门的协议是有效的和可扩展的，并且可以很容易地扩展到任何一般的量子信息处理器，只需很小的修改。
2014-11-28 quant-ph
Fidelity and purity of quantum electrical circuit states and quantum tomograms
综述了量子力学的概率表示和辛层析成像方法。考虑了纳米电路、约瑟夫森结和两个相互作用的高质量谐振电路的高斯态的例子。研究了量子力学层析表象中量子态的Shannon熵、量子信息、保真度和纯度。
2012-12-23 quant-ph
Realization of quantum process tomography in NMR
量子过程层析成像是一种可以完全实验表征开放量子系统未知动力学演化的方法。我们明确地证明了如何可以实现这个过程与核磁共振量子计算机。这使我们能够测量受控非逻辑门的保真度，并通过实验研究我们计算机的误差模型。基于后者的分析，我们测试了几乎所有量子纠错模型的一个重要假设，即不同量子比特上的错误的独立性。
2000-12-06 quant-ph
Quantum Machine Learning for State Tomography Using Classical Data
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；UMD National Quantum Lab（UMD国家量子实验室）；Davidson College（戴维森学院）
本文提出一种基于量子机器学习的量子态重构协议，仅使用经典测量数据在NISQ设备上实现高保真度重构，展示了在不同量子态上的成功应用。
2025-10-31 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
Photonic processor benchmarking for variational quantum process tomography
本研究利用光学处理器演示变分量子过程层析，并创建首个基准，将其与多个量子计算平台对比，发现光子处理器在保真度和收敛性上优于超导处理器，是近期量子算法部署的有力竞争者。
2025-07-11 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
High-fidelity tomography of fluorescent ion qubits under conditions of limited discrimination between bright and dark levels
本工作致力于开发一种在逻辑值0和逻辑值1的状态的有限可重复性的条件下用于离子量子位寄存器的高精度层析成像的方法。在所考虑的离子量子位中，通过重复激发循环跃迁来测量离子的荧光来实现量子态的识别，循环跃迁仅包括设置逻辑值0并变得明亮的较低能量状态，但不包括保持黑暗并设置逻辑值1的较高亚稳态。重要的是要注意，由于激发能级的有限寿命、光子散射、暗噪声、低数值孔径值等，并不总是可能实现低水平的配准误差。然而，即使在这样的条件下，利用模糊量子测量的模型，也可以提供对量子态的精确控制。我们表明，一个模型的特点是相对较高的水平的错误的条件下，我们有一个可靠的统计模型，其发生，是更准确的情况下，当考虑的错误是小的，但我们没有足够的统计模型，这些错误的发生。在给定的说明性的例子中，我们表明，减少损失的准确性与使用的模糊测量模型的因素，可以达到1000或更多的顺序与标准测量值的值。所获得的结果是必不可少的高精度控制方法的离子平台上的量子计算技术的发展。
2022-01-09 quant-ph
Scalable high-fidelity and near-deterministic preparation of large photon-number states
College of Physics, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics（南京航空航天大学物理学院）；China Mobile (Suzhou) Software Technology Co., Ltd.（中国移动（苏州）软件技术有限公司）
本文提出了一种可扩展的控制协议，利用本征的自旋-振子操作制备大光子数态，通过交替Jaynes-Cummings相互作用和相空间位移，实现高保真度和近确定性的制备。
2026-03-30 quant-ph
Scalable simultaneous multi-qubit readout with 99.99% single-shot fidelity
我们描述了单次读出的捕获离子多量子位寄存器使用空间和时间分辨相机检测。对于单个量子位，我们在400 us曝光时间内测量到0.9（3）x10 ^{-4}读出误差，受量子位衰变寿命的限制。对于四量子位寄存器（"量子字节"），我们测量到每个量子位的额外误差仅为0.1（1）x10 ^{-4}，尽管相邻量子位之间存在4%的光学串扰。对串扰的研究表明，该方法可以在密度<1量子比特/μ m^2的情况下扩展到约10000个量子比特，读出时间约为1 μ s/量子比特，保真度损失可以忽略不计。
2010-04-07 quant-ph
Bidirectional information flow quantum state tomography
多体量子系统的精确重构是现代物理学的主要挑战之一，因为要克服高维量子多体系统带来的指数复杂性问题是不切实际的。近年来，机器学习技术被广泛应用于量子信息的研究，神经网络生成模型也被用于量子态层析成像。本文提出了一种基于双向门控递归单元神经网络（BiGRU）的量子态层析成像方法，用于学习和重建易量子态和硬量子态。该方法能够用较少的测量样本重构这些量子态，并获得较高的保真度。
2021-03-31 quant-ph
