Quantum tomography benchmarking
量子计算机和模拟器的最新进展正在稳步引领我们走向全尺寸量子计算设备。由于任何计算设备都需要调试，因此量子层析成像（QT）是这条道路上的一个重要里程碑。在实践中，不同QT方法之间的选择面临着缺乏比较方法的问题。现代研究提供了广泛的QT方法，这些方法在应用领域以及实验和计算复杂性方面有所不同。还在不同条件下对这些方法进行测试，并采用了各种提高效率的措施。此外，许多方法具有复杂的编程实现;因此，比较变得非常困难。在这项研究中，我们开发了一个比较量子态层析成像方法的一般方法。这一方法的依据是对达到所要求的准确性所需资源的估计。我们已经开发了一个软件库（在MATLAB和Python中），可以通过一系列数值实验轻松分析任何QT方法实现。这种模拟的条件由对应于真实物理实验的测试次数来设置。作为对所提出的方法和软件的验证，我们分析和比较了一组QT方法。分析揭示了一些方法特有的特点，并提供了对这些方法的相对效率的估计。
2021-10-11 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
Informational completeness of continuous-variable measurements
我们证明，零差层析原来是信息完整时，独立的正交测量的数量等于的Fock表示的密度矩阵的维数。以此为线索，当连续变量观测被截断为离散的有限维子空间时，我们研究了其他方案的完备性。
2012-11-21 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
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
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
On single qubit quantum process tomography for trace-preserving and nontrace-preserving maps
我们回顾了单量子比特量子过程层析成像的保迹和非保迹过程，并推导出显式形式的一般约束拟合实验数据。这些形式提供了额外的洞察过程矩阵的结构，以及揭示了一个更紧密的约束上的痕迹的nontrace-preserving过程比以前所说的。我们还描述了，完整性，如何将测量不完美的输入状态。
2015-02-03 quant-ph
Benchmarking quantum gates and circuits
本文综述了多种量子门与电路基准测试技术，并提出对SPAM误差鲁棒、可同时表征相干与非相干误差的确定性基准测试协议，为量子计算基准测试提供实用指导。
2025-02-23 quant-ph
The efficiency of quantum tomography based on photon detection
我们提出了一个一般的方法，通过收集和分析光子计数统计有效的统计重建的量子态。我们的方法包括严格的定量标准的充分性和完整性的统计逆问题，以及一个简单而可靠的方法，用于评估的重建状态和近似的量子态通过减少有限维模型的错误。
2013-11-06 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
Randomized Benchmarking of Quantum Gates
可扩展量子计算的关键要求是基本量子门可以以足够低的误差实现。用于确定门实现的错误行为的一种方法是执行过程层析成像。然而，标准过程层析成像受到状态准备、测量和单量子位门中的误差的限制。它的缺点是量子位数的缩放效率低下，并且当门是由长序列组成时，它不能检测到不利的错误复合。另一个问题是由于可扩展量子计算的期望错误概率为0.0001或更低的量级的事实。实验证明如此低的误差是具有挑战性的。我们描述了一种随机基准测试方法，该方法在不依赖于准确的状态准备和测量的情况下产生计算相关误差的估计。由于它涉及随机选择的门的长序列，因此它还验证了在长计算中使用时错误行为是稳定的。我们对捕获的原子离子量子比特实施了随机基准测试，在特定实验中建立了每个随机pi/2脉冲的一个量子比特错误概率为0.00482（17）。我们希望通过简单的技术修改可以很容易地改善这种错误概率。
2007-07-06 quant-ph
Informational completeness of qubit measurements and IC preservability of qubit channels: Characterization and Quantification
The Institute of Mathematical Sciences（数学科学研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Indian Institute of Technology Bhubaneswar（布巴内斯瓦尔印度理工学院）
本文引入并刻画了任意量子测量信息完备性的忠实度量，评估了量子比特SIC测量的信息完备性，并建立了量子通道信息完备性可保持性的度量及其与绝对输出相干性的关系。
2026-06-18 quant-ph
Optimal Pure-State Qubit Tomography via Sequential Weak Measurements
自旋相干态正算符值测度（POVM）是量子科学中的一个基本测量，其应用包括层析成像、计量学、隐形传态、基准测试和Husimi相空间概率的测量。我们证明了这种POVM是通过集体测量弱各向同性量子比特系综的自旋投影来实现的。我们将其应用于纯量子位的最佳断层扫描的背景下。我们数值表明，通过一系列弱测量的随机方向的集体自旋分量，离散采样或在一个连续的测量与随机控制，可以接近最佳的界限。
2018-09-21 quant-ph
Operational, gauge-free quantum tomography
随着越来越令人印象深刻的量子信息处理器在世界各地的实验室中实现，这些设备的鲁棒性和可靠性表征现在比以往任何时候都更加紧迫。这些诊断可以采取多种形式，但最流行的类别之一是断层扫描，其中为设备提出了一个底层参数化模型，并通过实验进行推断。在这里，我们介绍和实现高效的操作层析成像，它使用实验观测值作为这些模型参数。这解决了在当前层析成像方法中出现的表示中的模糊性的问题（规范问题）。解决规范的问题，使我们能够有效地实现操作断层扫描在贝叶斯框架计算，因此给了我们一个自然的方式，包括先验信息，并讨论在拟合参数的不确定性。我们证明了这种新的断层扫描在各种不同的实验相关的情况下，包括标准的过程断层扫描，拉姆齐干涉，随机基准，和门集断层扫描。
2020-11-13 quant-ph
Optimized Tomography of Continuous Variable Systems Using Excitation Counting
我们提出了一个系统的程序，以优化量子态层析成像协议的连续变量系统的基础上的激励计数之前的位移操作。与传统的基于Husimi或Wigner函数测量的层析成像方法相比，激励计数方法可以显著减少测量设置的数量。我们调查信息的完整性和鲁棒性，并提供了一个范围内的重建误差涉及的条件数的传感地图。我们还确定了测量设置，优化这个误差界，并证明了改进的重建鲁棒性可以导致一个数量级的估计误差与给定的资源减少。这种优化过程是通用的，可以结合未知状态的先验信息，以进一步简化协议。
2016-11-21 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
Benchmarking a high-fidelity mixed-species entangling gate
我们在$^{43}\mathrm{Ca}^+\,$超精细量子位和$^{88}\mathrm{Sr}^+\,$塞曼量子位之间实现了一个双量子位逻辑门。对于这对离子种类，S-P光学跃迁足够接近，使得波长为$402\,\mathrm{nm}$的单个激光器可以用于驱动门，但是足够好地分离以给出良好的光谱隔离和低的光子散射误差。我们通过全随机基准测试、门集层析成像和Bell状态分析来表征门。后一种方法给出了$99.8(1)\%$的保真度，与最好的同种门的保真度相当，并且与已知的误差源一致。
2020-08-03 quant-ph
Optimization of a solid-state electron spin qubit using Gate Set Tomography
最先进的量子比特系统正在达到可扩展量子计算架构所需的门级。进一步提高量子门的保真度需要高效、可靠和极其准确的表征和基准测试协议。理想情况下，基准测试协议还应该提供有关如何纠正剩余错误的信息。门集断层扫描（GST）就是一种这样的协议，旨在提供构建量子位的详细表征。我们实现了一个高保真电子自旋量子比特上的GST限制在一个单一的$^{31}$ P原子在$^{28}$ Si。结果揭示了系统误差，一个随机基准分析可以测量，但不能识别，而GST表示需要改进的控制脉冲的长度校准。在引入此修改后，我们测量了新的基准平均栅极保真度$99.942(8)\%$，这是对以前的$99.90(2)\%$值的改进。此外，GST揭示了系统中高水平的非马尔可夫噪声，当量子比特用于容错量子计算方案时，需要理解和解决这一问题。
2016-06-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Loss Tomography for Quantum Networks
Northern Arizona University（北亚利桑那大学）；University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
本文提出利用量子容量区域分析作为量子网络层析成像的新工具，并展示即使在比特翻转错误存在下，也能直接从容量区域图表征量子信道损耗。
2025-11-10 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
Characterization of Control in a Superconducting Qutrit Using Randomized Benchmarking
我们描述了在电容性分流磁通偏置超导电路的最低三个能级中实现的qutrit控制。在qutrit Clifford组上进行随机基准测试，得到的平均保真度为98.89 $\pm$ 0.05%。对于选定的子集的克利福德组，我们进行量子过程层析成像，并观察重复的门序列的行为。每个quutrit门是通过一种适用于任何幺正的方法，只使用两个状态的旋转产生的。我们发现，误差主要是由于退相干，并有显着的贡献，从能级位移。这项工作展示了高保真qutrit控制和超导qudits的最佳控制的未来工作的概述途径。
2021-07-22 quant-ph
Optimal and robust experiment design for quantum state tomography of star-topology register
本文针对星型拓扑寄存器中外围自旋不可独立寻址的约束，利用星型对称性分解希尔伯特空间，提出最少测量次数的紧凑层析策略，并通过优化参数化量子电路提升抗测量误差鲁棒性，在10自旋系统上验证了其表征大规模系统的能力。
2022-06-17 quant-ph
Adaptive compressive tomography: a numerical study
我们对最近发表的自适应压缩层析成像方案进行了数值研究[D. Ahn等人，Phys.Rev.Lett. 122，100404（2019）]，这大大减少了测量设置的数量，以明确地重建任何秩亏状态，而无需除其维度之外的任何先验知识。我们表明，我们的自适应方案选择的纠缠和产品基地执行最近已知的压缩传感元件探测测量，也击败随机测量基地的低秩量子态。我们还推测这个数字作为我们的自适应计划的状态秩的函数的渐近标度行为。这些比例公式似乎与希尔伯特空间维数无关。作为一个自然的发展，我们建立了一个更快的混合压缩方案，首先选择随机基，然后随着方案的进展选择自适应基。作为结语，我们重申我们的自适应计划的信息完整性的重要因素。
2019-05-09 quant-ph
Lifting Multiplicity in Randomized Benchmarking
University of Idaho（爱达荷大学）；IonQ Inc.（IonQ公司）
本文提出提升随机基准测试方法，通过扩大群来消除多重性，无需拟合多指数衰减，稳健估计双量子门保真度，适用于捕获离子系统。
2026-10-05 quant-ph
Quantum non-Markovian noise in randomized benchmarking of spin-boson models
本文研究多模玻色浴导致的量子非马尔可夫噪声对量子比特随机化基准测试的影响，发现衰减由指数变为近乎多项式，并提出数值方法支撑理论分析。
2025-02-20 quant-ph
Efficient Two-Electron Ansatz for Benchmarking Quantum Chemistry on a Quantum Computer
量子化学为近期的量子计算提供了关键的应用，但由于噪声的存在，这些应用变得非常复杂。在这项工作中，我们提出了一个有效的计算内的混合量子经典算法的双电子原子和分子的Ankaly。该模型利用了双电子系统的基本结构，并分别在量子计算机和经典计算机上处理非定域和定域自由度。这里的非局部自由度的比例线性相对于基础集的大小，给出了一个线性的ananimals只有$\mathcal{O}(1)$电路准备所需的减少状态层析成像。我们在两台公开的量子计算机上实现了这个基准测试，计算了${\rm H}_\textrm{2}^{}$和${\rm H}_\textrm{3}^+$的4-和6-量子位计算的精确解离曲线。
2020-04-21 quant-ph
Measurement-based interleaved randomised benchmarking using IBM processors
量子计算机有可能在一系列计算任务中超越经典计算机，例如素因子分解和非结构化搜索。然而，现实世界的量子计算机受到噪声的影响。量化噪声是至关重要的，因为它往往是阻碍高级量子计算成功实现的主要因素。在这里，我们提出并演示了一个用于基于测量的量子计算机的交错随机基准测试协议，该协议可用于估计任何基于单量子位测量的门的保真度。我们通过估计Hadamard和T门（一种通用的单量子比特门集）的保真度，在IBM超导量子处理器上测试了该协议。对多达31个量子比特的纠缠簇态进行了测量。我们估计的门的结晶度显示出良好的协议与量子过程层析计算。通过人为增加噪声，我们能够证明我们的协议在门的不同实现中检测到大的噪声变化。
2023-02-28 quant-ph
Efficient reconstruction, benchmarking and validation of cross-talk models in readout noise in near-term quantum devices
本文提出量子探测器重叠层析成像协议，高效表征近-term量子设备读出噪声中的k-局域串扰，并在79比特Rigetti和127比特IBM设备上验证，实现约20%的读出错误缓解改进。
2023-11-17 quant-ph
Data-Driven Inference, Reconstruction, and Observational Completeness of Quantum Devices
量子测量的范围是通过改变输入状态可以产生的结果概率分布的集合。我们引入数据驱动推理作为一种协议，给定一组实验数据作为结果分布的集合，推断出量子测量，i）与数据一致，在这个意义上，它的范围包含观察到的所有分布，和，ii）最大程度地不确定，在这个意义上，它的范围是结果分布空间中的最小体积。我们表明，数据驱动的推理是能够返回一个唯一的测量任何数据集，当且仅当推理采用（超）球形状态空间（例如，经典或量子比特）。类似于量子断层扫描的信息完备性，我们将观测完备性定义为任何状态集的属性，当输入任何给定的测量时，产生一组结果分布，允许通过数据驱动的推理正确重建测量。我们发现，观测完备性是严格强于信息完备性，在这个意义上说，不是所有的信息完备集也是观测完备的。此外，我们表明，系统的（超）球形状态空间，唯一的观测完整的单形是正规的，即对称信息完全集。
2020-12-12 quant-ph
Every Benchmark All at Once
针对量子器件高效基准测试的适配难题，本研究基于门集阴影层析成像重构五种常用随机基准测试技术，可缩减门集与样本量、重构噪声项并提取泄漏误差，实现统一框架下的便捷基准测试。
2025-10-21 quant-ph
Data-driven inference and observational completeness of quantum devices
数据驱动推理最近被引入作为一种协议，在输入一组数据时，输出能够解释数据的物理设备的数学描述。如此推断的设备是自动自一致的，即，能够生成所有给定的数据，并且是最少提交的，即，与给定数据集的最小超集一致。当应用于未知设备的推断时，数据驱动的推断已被证明总是输出“真实”设备，只要数据集已经通过观测上完整的设置产生，这在这里扮演着与传统量子层析成像中的信息上完整的设置相同的角色。在本文中，我们开发了一个统一的形式主义的状态和测量的数据驱动的推理。在量子比特的情况下，特别是，我们提供了一个明确的实现的推理协议作为凸规划算法的状态和测量的机器学习。我们还得到了一般系统的观测完备性的一个完整的表征，由此得出只有球形2-设计实现了量子比特系统的观测完备性。这一结果为对称信息完备集和互无偏基提供了新的理论和操作依据。
2019-05-13 quant-ph
Quantum process tomography with unsupervised learning and tensor networks
量子技术令人印象深刻的发展步伐要求强大且可扩展的技术来表征和验证量子硬件。量子过程层析成像，从测量数据重建一个未知的量子信道，仍然是典型的原始，以完全表征量子器件。然而，由于所需数据的指数缩放和经典的后处理，其适用范围通常限于单量子位和双量子位门。在这里，我们提出了一种用于执行量子过程层析成像的新技术，该技术通过将通道的张量网络表示与受无监督机器学习启发的数据驱动优化相结合来解决这些问题。我们证明了我们的技术，通过合成生成的数据为理想的一维和二维随机量子线路的高达10量子比特，和一个嘈杂的5量子比特电路，达到0.99以上的过程中，只使用一组有限的单量子比特测量样本和输入状态。我们的研究结果远远超出了最先进的水平，为当前和近期量子计算机中的量子线路基准测试提供了实用和及时的工具。
2020-06-03 quant-ph
Scalable extraction of error models from the output of error detection circuits
精确的方法来评估量子门的性能是极其重要的。量子过程层析成像和随机基准测试是目前最受欢迎的方法。量子过程层析成像提供了详细的信息，但必须进行有效的近似，以减少这种信息的形式量子纠错模拟可以使用。随机基准测试通常只输出一个数字，即保真度，没有给出关于门期间错误结构的信息。这两种方法都没有被优化来评估错误检测电路中的门性能，其中门将实际用于大规模量子计算机。具体而言，错误组成和错误传播的重要问题在于这两种方法的范围之外。我们提出了一种快速，简单，可扩展的方法，准确地获得所需的信息，执行有效的量子纠错从连续运行的错误检测电路的输出，使大规模的行为的准确预测。
2014-05-06 quant-ph
Efficient measurement of quantum gate error by interleaved randomized benchmarking
我们描述了一个可扩展的实验协议，用于获得估计的错误率的个别量子计算门。该协议中，随机Clifford门之间的交织感兴趣的门，提供了一个有界的估计的平均误差的门测试，只要影响的Clifford门的整个集合的噪声的平均变化是小的。这种技术同时考虑了状态准备和测量误差，并且在量子位的数量上是可扩展的。我们将此协议应用于超导量子比特系统，并发现门错误，通过量子过程层析成像提取的门错误相媲美。
2014-03-19 quant-ph
A randomized benchmarking suite for mid-circuit measurements
本研究针对量子计算中中间电路测量的性能表征需求，基于随机化基准测试范式开发了一套可检测并量化被测及旁观量子比特误差的基准测试套件，验证了其可扩展性并明确了误差性质。
2024-04-12 quant-ph
Efficient quantum state tomography
量子态层析成像是从测量数据推断量子系统状态的能力，是量子器件验证和基准测试的金标准。它已经在组件很少的系统中实现，但对于较大的系统，它变得不可行，因为量子测量的数量和处理它们所需的计算量在系统大小中呈指数级增长。在这里，我们表明，我们可以做指数比直接的状态层析成像的量子态的范围很广，特别是那些很好地近似的矩阵乘积状态ananomaly。我们提出了两个方案的层析成像在1-D量子系统和触摸的推广。一种方案需要在恒定数量的子系统上进行单一操作，而另一种方案只需要局部测量以及更精细的后处理。这两种方案只依赖于线性数量的实验操作和经典的后处理，这是多项式的系统大小。该方法的另一个优点是重建状态的准确性可以在没有任何先验假设的情况下得到严格的证明。
2011-01-23 quant-ph
Lindblad Tomography of a Superconducting Quantum Processor
随着第一代纠错量子计算机的进展，需要强大的表征和验证协议来评估物理量子处理器的噪声环境。虽然标准的相干性度量和表征协议，如T1和T2，过程断层扫描和随机基准测试现在无处不在，但这些技术只提供了有关导致处理器错误的动态多量子比特丢失通道的部分信息，这可以通过主方程形式主义中的Lindblad算子更全面地描述。在这里，我们介绍和实验证明Lindblad断层扫描，一个硬件不可知的表征协议断层重建的哈密顿和Lindblad运营商的量子噪声环境从一个合奏的时域测量。在一个小型超导量子处理器上进行Lindblad层析成像，我们证明了这种技术的特点和占状态准备和测量（SPAM）的错误，并允许一个放置的界限适合马尔可夫模型。比较超导量子处理器上的单量子位和双量子位测量结果，我们证明Lindblad断层扫描也可以用于识别和量化量子处理器上的串扰源，例如始终在线的量子位-量子位相互作用的存在。
2022-12-23 quant-ph
Benchmarking the quality of multiplexed qubit readout beyond assignment fidelity
本研究提出以量子态重建不保真度收敛速率作为验证工具，全面基准测试多量子比特读取，并在三量子比特实验中实现30倍不保真度降低。
2025-10-15 cond-mat.supr-con quant-ph
Benchmarking Characterization Methods for Noisy Quantum Circuits
有效的方法来表征量子计算器件中的噪声对于编程和调试电路性能是必不可少的。现有的方法在所获得的信息以及所需的量子和经典资源的量方面有所不同，更多的信息通常需要更多的资源。在这里，我们基准的门集层析成像，泡利通道噪声重建，和经验的直接表征开发模型，描述噪声量子线路性能的27量子比特超导transmon设备的表征方法。我们评估这些模型通过比较噪声电路模拟的准确性与相应的实验观察。我们发现，协议的噪声模型的实验不相关的表征所获得的信息和底层电路强烈影响的最佳选择的表征方法。经验直接表征尺度最好的方法，我们测试，并产生了最准确的表征在我们的基准。
2022-01-06 quant-ph
Efficient benchmarking of logical magic state
Pritzker School of Molecular Engineering, The University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Department of Applied Physics, University of Tokyo（东京大学应用物理系）
本文提出高效评估高保真度逻辑魔态的方法，通过改进的测量方案实现O(1/ε)的样本复杂度，克服传统方法的局限性。
2026-02-06 quant-ph
Benchmarking non-simulable quantum processes via symmetry conservation
随着量子器件规模的扩大，多体量子门和算法开始超越经典模拟的可能性。依赖于这种经典的模拟验证方法，如过程断层扫描和随机基准测试，不能有效地检查大多数过程的正确性。特别地，非Clifford门不仅是通用量子计算的要求，而且是与其经典对应物相比产生基本加速的任何算法或量子模拟的要求。我们表明，它实际上仍然是可能的，以验证这种非模拟的过程中，利用预期或工程保守的法律在系统中，结合一个单一的一个设计策略，在计算希尔伯特空间的随机误差。我们表明，在（容错）量子纠错的上下文中，我们可以构建一个设计使用的逻辑编码的Clifford组工程无错稳定子空间，以获得平均误差为任意逻辑编码的门和算法。在基准模拟的物理系统的情况下，这些可以有各种奇异的对称性，其中一个设计策略仍然可以构建。我们给出的例子，费米系统，保存粒子数，以及费米-哈伯德模型。对称基准测试方法保持了对状态准备和测量缺陷的鲁棒性。
2017-10-12 quant-ph
Errors in quantum tomography: diagnosing systematic versus statistical errors
量子层析成像的主要目标是提供量子系统的定量严格表征，无论是它们的状态、过程还是测量，特别是用于量子信息科学中的故障排除和基准测试实验的目的。存在一系列技术来实现误差的计算，例如蒙特卡罗模拟，但是它们的定量值可以说是根本上有缺陷的，没有同样严格的方法来认证重建的质量，以确保它提供合理的数据表示，给定已知的噪声源。开发这种工具的一个关键动机是使实验人员能够严格诊断断层扫描数据中存在的技术噪声。在这项工作中，我探讨了卡方拟合优度检验统计量作为重建质量的衡量标准的性能。我表明，它的行为明显偏离预期的状态附近的边界的物理状态空间，严重破坏了它的有用性，作为一个定量工具，正是在该地区是最感兴趣的量子信息处理任务。我建议一个简单的，启发式的方法来补偿这些影响，并提出数值模拟表明，这种方法提供了显着改善的性能。
2012-12-12 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
Quantum Characterization, Verification, and Validation
本文作为量子表征、验证与确认（QCVV）领域的导论，梳理其发展历史，介绍相关数学模型与度量，总结基础研究方向，并概述多项高级研究主题，为理解QCVV技术体系提供参考。
2025-03-20 quant-ph
Estimation of correlations and non-separability in quantum channels via unitarity benchmarking
在系统之间传输相干量子信息的能力是量子技术的基本组成部分，并导致全局量子过程中的相干关联。然而，相对于量子态，量子信道中的关联结构研究较少。最近的技术在随机基准的激励下，我们开发了一系列的结果，有效地估计相关性的二分量子信道。我们引入子酉措施，是不变的基础上的局部变化，推广的渠道的酉性，并允许通道内的相干信息交换的分析。利用这些，我们表明，酉是一夫一妻制，并提供了一个新的信息干扰关系。然后，我们定义了一个概念的相关么正性，量化的相关性在一个给定的通道。最重要的是，我们表明，这一措施是严格有界的可分通道的集合，因此提供了一个见证的不可分性。最后，我们描述了如何有效的噪声信道的措施，可以有效地估计在不同的随机基准测试协议。我们发现，相关的么正性可以估计在任何可分离的量子信道的SPAM鲁棒的方式，并表明，基准/断层扫描协议与中间电路复位可以可靠地见证足够小的复位错误的不可分离性。我们开发的工具提供的信息超出了通过同步随机基准测试获得的信息，因此可以应用于量子设备中的串扰和相干误差的分析。
2022-05-01 quant-ph
Performing SU($d$) operations and rudimentary algorithms in a superconducting transmon qudit for $d=3$ and $d=4$
本文在超导 transmon 中实现了最多 4 能级的 qudit，构建并实验验证了 d=3 和 d=4 的 SU(d) 操作、基准测试协议及原型量子算法，为 qudit 量子处理器的操控与应用发展奠定基础。
2023-04-24 quant-ph
On the informational completeness of local observables
对于一般的多体量子态，我们给出了一个局部可检验的条件，在这个条件下，某些非局部可观测量的期望值完全由某些局部可观测量的期望值决定.假设面积定律的广泛修正形式是正确的，二维带隙量子多体系统的基态满足该条件。讨论了它对带隙量子多体系统研究、量子态层析成像和量子态验证的意义。这些结果的基础上的状态与小而非零的条件互信息，这可能是独立的利益的部分特征。
2014-05-01 cond-mat.str-el math-ph math.MP
Universal and Operational Benchmarking of Quantum Memories
量子存储器--存储和忠实恢复未知量子态的能力--对量子增强技术至关重要。因此，迫切需要有操作意义的手段，以基准候选存储器在不同的物理平台。在这里，我们介绍了一个通用的基准，其特点是它在多个关键操作设置的相关性，精确量化（1）存储器对噪声的鲁棒性，（2）其合成所需的无噪声量子位的数量，（3）其加速统计采样任务的潜力，以及（4）在超越经典限制的非本地游戏中的性能优势。该措施是解析计算的低维系统，可以有效地限制在实验中没有层析成像。因此，我们将量子存储器作为一种有意义的资源来说明，我们的基准反映了它的创建成本和它可以实现的目标。我们在五量子位IBM Q硬件上演示了基准测试，并将其应用于见证错误抑制技术的有效性和量化非马尔可夫噪声。因此，我们提出了一个实验上可访问的，实际上有意义的，和普遍相关的量词的记忆的能力，以保持量子优势。
2020-06-15 quant-ph
Gate Optimization via Efficient Two-Qubit Benchmarking for NV Centers in Diamond
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心）；Università di Padova（帕多瓦大学）；University of Vigo（维戈大学）；Ulm University（乌尔姆大学）；Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST), Ulm University（乌尔姆大学综合量子科学与技术中心）；University of Cologne（科隆大学）；Università di Bologna（博洛尼亚大学）
本文提出了一种高效方法，通过仅测量两个量子态来优化双量子比特门，显著减少实验测量次数，提升门操作的保真度。
2026-03-09 quant-ph
Process verification of two-qubit quantum gates by randomized benchmarking
我们实现了一个完整的随机基准协议上的两个超导量子比特的系统。该协议由Clifford群中的门随机化组成，这些门是通过改进的双量子位交叉共振门实现和单量子位幺正实验产生的。由此，我们提取出Clifford的最佳平均误差为0.0936。我们还进行了一个交错实验，交替我们的最佳两个量子比特门与随机两个量子比特克利福德门，以获得0.0653的两个量子比特门误差。我们将这些值与从量子过程层析成像获得的~0.12的两量子比特门误差进行比较，这可能受到状态准备和测量误差的限制。
2012-11-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Generalized collective quantum tomography: algorithm design, optimization, and validation
该研究将集体量子层析框架拓展至广义场景，将相关任务建模为优化问题，开发三类对应算法并给出解析表征，借助带约束的SOS技术得到最优解，经数值与实验验证，算法MSE更低且趋近集体MSE界。
2025-10-29 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
Benchmarking a Teleportation Protocol realized in Superconducting Circuits
量子态的隐形传态可以用于在量子通信中分配远距离量子比特之间的纠缠以及用于量子计算。在这里，我们展示了一个隐形传态协议的实施，单次测量步骤，超导量子位耦合到微波谐振器。使用全量子态层析成像和评估的纠缠见证，我们表明，该协议产生一个真正的三方纠缠态的所有三个量子比特。计算测量的密度矩阵到两个量子比特的基态上的投影允许我们重建隐形传态。对一组完整的输入状态重复这个过程，我们发现平均输出状态保真度为88%。
2011-07-24 cond-mat.supr-con quant-ph
Multipass Quantum Process Tomography: Precision and Accuracy Enhancement
我们提出一种多通量子过程层析方法，通过迭代或线性化求解PTM，显著降低SPAM、读出和散粒噪声误差，从而在IBM量子处理器上高精度地确定CNOT门的PTM和保真度。
2024-02-06 quant-ph
