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
Experimental demonstration of quantum state tomography and qubit-qubit interactions for rare-earth-ion based solid state qubits
我们报告的实施量子态层析的合奏的Eu $^{3+}$掺杂离子的\YSO晶体。断层扫描应用于基于离子的光学跃迁之一的量子位。使用光脉冲操纵量子比特,并通过以相敏方式观察光学自由感应来进行测量。对于组合的制备和测量过程,实现了$>90$ %的保真度。离子之间的相互作用,由于在离子的永久电偶极矩的变化时,光学激发也进行了测量。根据这些结果,讨论了使用该系统进行多量子比特量子计算的能力。
2004-01-20 quant-ph
State tomography for two qubits using reduced densities
研究了两个量子比特的复合系统的最优状态确定(或断层扫描),当测量可以在其中一个量子比特上进行,并且可以实现两个量子比特的相互作用时。目标是最小化要使用的交互数量。本文中应用的代数方法导致相互无偏测量的概念的扩展。
2006-05-04 quant-ph
Diagnosis, prescription and prognosis of a Bell-state filter by quantum process tomography
利用Hong-Ou-Mandel干涉仪,我们应用量子过程层析成像技术来表征一个典型的双光子操作(单态滤波器)中的误差和退相干。量子过程层析成像结果表明过程中存在很大的不对称性,并且还表明需要进行操作来校正这种不对称性。最后,我们量化的误差和退相干的滤波操作后,这种修改。
2003-04-30 quant-ph
"Quantum-optical coherence tomography" with classical light
量子光学相干断层扫描(Q-OCT)是一种轴向成像的干涉技术,与传统方法相比具有几个优点。啁啾脉冲干涉(CPI)最近被证明表现出所有的好处,量子干涉仪的Q-OCT的基础上。在这里,我们使用CPI来测量轴向干涉图,以描绘样品,从而获得Q-OCT的重要优势,包括自动色散消除,但具有1000万倍的信号。我们的技术解决了伪影问题,在Q-OCT和突出的权力,经典的相关性在光学成像。
2009-09-04 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
Procrustes Tomography -- reconstructing noisy quantum channels made easy
University of Maryland, Baltimore County(马里兰大学巴尔的摩分校);Quantum Science Institute, University of Maryland, Baltimore County(马里兰大学巴尔的摩分校量子科学研究所);National Quantum Laboratory(国家量子实验室)
研究针对量子设备表征中昂贵的量子过程层析成像问题,提出普罗克汝斯忒斯层析成像方法,该方法在多方面优于现有方法,并通过有噪声量子信道典型示例展示了其效用。
2026-07-10 quant-ph
Quantum Zeno tomography
我们表明,标准的吸收层析成像的分辨率“每吸收粒子”可以优于一个简单的干涉设置,只要在样品中的“灰色”的不同水平是不均匀分布的。该技术取决于量子芝诺效应,并已在数值模拟中进行了测试。我们提出的方案可以在紫外光、中子或X射线的实验中实施。
2004-01-12 quant-ph
Reliable confidence regions for quantum tomography using distribution moments
本文提出一种基于分布矩的高效可靠方案,为量子层析提供置信区间,并通过模拟和云量子处理器验证,适用于量子态和过程表征。
2024-03-19 quant-ph
Quantum process tomography: the role of initial correlations
我们解决了量子过程层析成像的问题,其中的量子过程层析成像产生的状态与环境自由度相关,在系统与环境的相互作用中发挥作用。我们讨论的物理情况下,其中的动力学描述的非线性,或不完全的正变换。特别是,我们表明,任意映射$\varrho_{\rm in}\to\varrho_{\rm out}$可以实现通过使用适当的一组转换器和应用酉操作SWAP。最后给出了完全非运算的实验“实现”。我们解决的问题,验证的兼容性的估计过程中的蒸发器设备。描述任意时间间隔内动力学的演化映射不是完全正的,但仍然是线性的。这些地图的层析成像和一般性质进行了讨论。
2006-09-01 quant-ph
Annealing Approach to Quantum Tomography
从理论上提出了量子层析成像的退火方法。首先,基于最大熵原理,我们引入经典参数来组合“量子模型(或量子态)”,给出一个潜在的代表未知的目标状态的先验。然后,我们制定了量子层析成像的经典参数的优化问题,通过使用相对熵的参数化状态的目标函数是最小化。我们表明,目标函数是物理上可实现的,至少在理论意义上,作为一个有效的哈密顿诱导的物理相互作用的系统与环境系统准备在目标状态。推论,将量子退火应用于有效哈密顿量,我们可以通过获得给出最佳参数的基态来执行量子层析成像。
2019-04-04 quant-ph
Bypassing state initialization in Hamiltonian tomography on spin-chains
我们提供了一个广泛的讨论方案的自旋链模型,不需要状态初始化的哈密顿断层扫描[物理。102,187203(2009)]。该方法引起了物理学界对间接获取量子多体系统动力学信息的兴趣,并代表了控制受限量子协议的一个真正实例。
2011-05-18 quant-ph
On-chip quantum tomography of mechanical nano-scale oscillators with guided Rydberg atoms
纳米机械振荡器以及微加工芯片表面上的里德伯原子波导有望成为未来量子技术的支柱。在一个混合平台与两者,我们表明,在波导中的里德伯原子的光束可以量子相干询问和操纵纳米机械元件,允许充分的量子态断层扫描。断层扫描的核心是使用里德伯原子作为探针的量子非破坏测量。通过在原子与振荡器相互作用时用外场驱动原子,也可以实现振荡器的量子相干位移。我们数值证明了这种完全集成的片上控制和读出套件的量子纳米力学的可行性,考虑到噪声和误差源。
2017-03-31 quant-ph
Polarization-sensitive quantum-optical coherence tomography
我们提出了一种偏振敏感的量子光学相干断层扫描(PS-QOCT)技术,提供轴向光学切片与偏振敏感的能力。该技术提供了一种用于确定关于各向同性反射表面之间的光程长度、来自每个界面的反射率的相对大小、填隙材料的双折射以及样品的光轴的取向的信息的手段。PS-QOCT不受样本色散的影响,因此允许在比通过普通光学相干断层扫描可获得的深度更大的深度进行测量。我们还提供了一个通用的琼斯矩阵理论分析PS-QOCT系统,并概述了进行这种测量的实验程序。
2004-01-28 quant-ph
Local quantum overlapping tomography
重建多体系统的完整量子态需要估计随系统大小呈指数增长的多个参数。然而,存在其中人们仅对这些参数的子集感兴趣并且不需要完整重建的情况。一个典型的例子是一个场景,其中一个目的是确定所有的减少状态只有一个给定的大小。重叠层析成像提供了解决该问题的构造,其中多个产品测量值比当执行每个简化状态的独立层析成像时获得的产品测量值小得多。然而,有许多相关的物理系统具有自然的局部性概念,其中人们最感兴趣的是邻近粒子的约化态。在这项工作中,我们研究这种形式的局部重叠断层扫描。首先,我们表明,与其完整版本相反,局部重叠断层扫描所需的产品测量设置的数量不会随着系统大小而增长。然后,我们提出了在选定的晶格几何量子比特和费米子系统的策略。所开发的方法在当前量子模拟器或量子计算设备中制备的多体系统的估计中找到了自然的应用,其中相互作用通常是局部的。
2023-02-07 quant-ph
How state preparation can affect a quantum experiment: Quantum process tomography for open systems
我们研究了量子层析成像实验中输入态的制备效应。我们表明,从量子过程层析成像实验(称为过程地图)所产生的地图不同于众所周知的动态地图。两者之间的差异是由于任何量子实验所必需的准备过程。我们研究了两种制备过程,随机制备和测量制备。随机制备过程产生线性的过程图,而使用冯诺依曼测量的制备导致非线性过程,并且只能由双线性过程图一致地描述。推导了一种新的过程层析成像方法,用于量子比特的测量制备。通过一个量子过程层析成像实验,分析了两种方法的区别。提出了一个验证协议,以区分线性过程和双线性过程。我们还强调,准备过程将有一个重要的影响,任何量子实验中,感兴趣的系统与它的环境相互作用。
2009-10-29 quant-ph
The optimal reordering of measurements for photonic quantum tomography
量子层析成像是光子技术工具箱的一种基本方法,通常用于评估实验制备的光状态和表征转换这种状态的设备。断层扫描过程由许多不同的顺序执行的测量组成。我们提出了相当大的断层扫描加速优化安排的个人组成的测量,这相当于解决旅行推销员问题的一个实例。作为一个例子,我们获得了高达五个量子比特的光子系统的解决方案,并得出结论,对于三个或更多量子比特的系统,层析成像过程的总持续时间可以减半。所报告的加速已经被实验验证为量子态层析成像,也为全量子过程表征高达六个量子位,而不诉诸于任何复杂性降低或简化的系统的兴趣。我们的方法是通用的,并减少了光学器件和各种散射过程的输入-输出特性的时间。
2018-12-15 quant-ph
Tomography and spectroscopy as quantum computations
确定系统的状态和测量其演化的性质是物理学家面临的两项最重要的任务。对于第一个目的,可以使用层析成像,这是一种在对系统进行多次实验之后确定密度矩阵的所有独立元素的方法。对于第二个任务,可以求助于光谱学,这是一组用于确定演化算子本征值谱的技术。在这封信中,我们表明,层析成像和光谱学可以自然地解释为量子计算的双重形式。我们展示了如何适应最简单的情况下,著名的相位估计量子算法来执行这两项任务,给它一个自然的解释作为一个模拟散射实验。我们展示了如何使用该算法来实现一个有趣的形式的层析成像通过执行一个量子系统的维格纳函数的直接测量。我们目前的测量结果进行了三个量子比特系统,使用液态NMR量子计算技术在三氯乙烯的样品。显着的类比与其他实验进行了讨论。
2001-09-14 quant-ph
Quantum state tomography of qudits via Hong-Ou-Mandel interference
提出了一种利用探测态和靶态之间的HOM干涉对嵌入单光子中的$\mathit{n}$粒子量子态进行量子态层析的方法.该方法仅需要用于HOM干涉的无源分束器,并且去除了目标模式中的所有有源光学器件,以控制传统QST中所需的测量基础。因此,它适用于各种自由度的目标状态,而不改变测量设置。此外,即使使用诸如激光和热光的经典探测光,也实现了可靠的估计。作为原理证明,我们使用偏振量子比特进行了实验演示。无论探测光的光子统计如何,态重构的估计结果与常规QST验证的结果一样准确。
2022-05-23 quant-ph
High-dimensional quantum process tomography with undetected photons
Oklahoma State University(俄克拉荷马州立大学)
该研究提出一种干涉式量子过程层析方法,无需对变换后的高维量子态qudit进行测量即可完全重构任意量子操作,与现有技术概念不同。
2026-08-04 physics.optics quant-ph
Cross-correlation scheme for quantum optical coherence tomography based on Michelson interferometer
Technology Innovation Institute(技术创新研究所)
本文提出基于迈克尔逊干涉仪的交叉相关方案,用于改进量子光学相干断层扫描,解决自相关方案中的寄生项和相位噪声问题,提升实际应用潜力。
2025-12-11 physics.optics quant-ph
Quantum Process Tomography of a Molmer-Sorensen Interaction
报道了M $ø$单体-S $ø$ Rensen纠缠门的量子过程层析成像。层析成像协议依赖于一个单一的歧视性的过渡,利用多余的微动陷阱,以实现所有的操作需要准备所有的输入状态和分析所有的输出状态。使用主从二极管激光器装置,我们演示了一个两量子比特纠缠门,贝尔态产生的保真度为0.985(10)。我们表征其$χ$过程矩阵,最简单的纠缠门上的可分离状态的基础上,我们观察到,主要的错误来源是准确地模拟了量子去极化通道。
2013-09-17 physics.atom-ph quant-ph
Quantum process tomography of entangled photons as a probe of intermediates of singlet fission in a tetracene derivative
自旋纠缠已被提出并广泛应用于相关三重态对的情况,这些三重态对是选定有机半导体中单重态裂变过程的中间态。在这里,我们采用量子过程层析术的偏振纠缠光子对共振与这些国家的激发态吸收调查的内在量子关联的性质,并探索一个明确的证明激子纠缠的存在。
2019-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Broadband biphoton source for quantum optical coherence tomography based on a Michelson interferometer
本文提出并实验验证了一种利用体块非线性晶体中紧聚焦泵浦产生宽带明亮共线双光子的方法,并将其应用于迈克尔逊干涉仪型QOCT,实现了创纪录的分辨率和色散消除。
2025-02-06 physics.optics quant-ph