Randomized benchmarking of single and multi-qubit control in liquid-state NMR quantum information processing
能够量化所提出的实现量子信息处理器（QIP）的设备中的相干控制的水平对于比较不同的设备和评估设备关于实现容错量子控制的前景都是重要的任务。我们在液态核磁共振QIP中实施Knill等人提出的随机基准测试方案（PRA 77：012307（2008））。我们报告了具有单个量子位QIP的$1.3 \pm 0.1 \times 10^{-4}$的每个随机化$\fracπ{2}$脉冲的错误，并且示出了实验相关的错误模型，其中随机化基准测试给出了签名保真度衰减，其不可能被解释为每个门的单个错误。我们探索和实验研究多量子比特扩展的协议，并报告了一个和两个量子比特门的$4.7 \pm 0.3 \times 10^{-3}$的三个量子比特QIP的平均错误率。我们估计，这些错误率仍然没有退相干限制，因此可以通过修改控制硬件和软件来改善。
2008-08-28 quant-ph
Complexity of multivariate Feynman-Kac path integration in randomized and quantum settings
Plaskota等人（J.Comp.Phys.164（2000）335）在最坏情况下研究了单变量情况下的Feynman-Kac路径积分问题，Kwas和Li（J.Comp.19（2003）730）研究了具有d空间变量的多变量情况下的Feynman-Kac路径积分问题。本文研究了随机量子环境下的多元Feynman-Kac路径积分问题。对于光滑的多元函数，Kwas和Li（2003）证明了经典的最坏情况复杂度受到d维灾难的影响。我们表明，在随机和量子设置的维数灾难是征服，即，计算E近似所需的函数求值和/或量子查询的数量具有与D无关并且多项式地取决于1/E的界限。这些多项式的指数在随机化设置中至多为2，在量子设置中至多为1。因此，我们有指数加速超过经典的最坏情况下设置和二次加速的量子设置超过随机设置。然而，这里提出的随机和量子算法仍然需要大量的预计算，类似于Plaskota等人（2000）和Kwas和Li（2003）的算法。
2004-10-18 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
Real randomized measurements for analyzing properties of quantum states
本文提出两种简化随机测量（RRMs和PRRMs），限制复空间旋转，用于分析量子态性质，在捕获二分系统相关性上能力不同，并应用于高维纠缠、量子虚数性及经典阴影预测等任务。
2025-08-27 quant-ph
On Randomized and Quantum Query Complexities
我们研究随机和量子查询（又名。决策树）复杂性的所有总布尔函数，重点是去随机化和去量化（从算法中删除量子）。首先，我们证明了$D(f) = O(Q_1(f)^3)$对于任何全函数$f$，其中$D(f)$是由确定性查询算法进行的查询的最小数量，$Q_1(f)$是由任何量子查询算法（量子情况下的决策树模拟）进行的查询的数量，具有单侧常数误差;这两种算法都计算函数$f$。其次，我们证明了对于所有的全布尔函数$f$保持$R_0(f)=O(R_2(f)^2 \log N)$，其中$R_0(f)$和$R_2(f)$是随机的零侧（a.k.a Las Vegas）和双侧（a.k.a.蒙特卡洛）错误查询复杂性。
2005-06-30 quant-ph
RandomMeas.jl: A Julia Package for Randomized Measurements in Quantum Devices
Paul Scherrer Institute（保罗谢勒研究所）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Quobly
本文介绍RandomMeas.jl，一个用于实现和分析量子计算中随机测量协议的高性能Julia包，提供从生成测量设置到经典影方法的完整流程及多种估计器。
2026-04-22 quant-ph
Randomized channel-state duality
量子态对偶性是量子信息科学中的一个重要结果。它是指在扩大的希尔伯特空间中，一个动态过程（量子信道）与一个静态量子态之间的对应关系。由于相应的对偶态通常是混合的，所以用厄米矩阵来描述。在这篇文章中，我们提出了一个随机信道状态对偶。换句话说，量子信道由从随机源产生的$N$纯量子态的集合表示。这个随机化的对偶关系的精度由$1/N$给出，关于一个适当的距离测量。对于大系统，$N$远小于量子信道的精确对偶矩阵的维数。这提供了任何量子信道的高度精确的低秩近似，并且作为对偶关系的结果，提供了用于混合量子态的有效数据压缩方案。我们证明了这两个直接应用的随机通道状态对偶与混沌$1$维自旋系统。
2022-10-07 quant-ph
ShadowGPT: Learning to Solve Quantum Many-Body Problems from Randomized Measurements
ShadowGPT是一种基于生成式预训练Transformer的新方法，通过学习量子实验的随机化测量数据，能够准确预测不同Hamiltonian参数空间下的基态能量、关联函数和纠缠熵等量子多体性质。
2024-11-19 quant-ph
Scalable randomized benchmarking of quantum computers using mirror circuits
量子门的性能通常使用某种形式的随机基准来评估。然而，现有的方法对于超过大约五个量子比特变得不可行。在这里，我们展示了如何使用一个简单的和可定制的电路类-随机镜像电路-执行可扩展的，强大的，灵活的Clifford门随机基准。我们表明，这种技术近似估计了平均多量子位逻辑层的保真度，并且我们使用了高达225个量子位的模拟，物理上真实的错误率在0.1-1%的范围内，以证明其可扩展性。然后，我们使用云量子计算平台的多达16个物理量子位来证明我们的技术可以揭示和量化多量子位电路中的串扰误差。
2022-10-10 quant-ph
Discrete-phase-randomized measurement-device-independent quantum key distribution
与测量设备无关的量子密钥分发消除了量子密码中所有的检测器端攻击，同时使安全距离增加了一倍。然而，源端仍然容易受到各种攻击。特别是，源侧的连续相位随机化假设通常在实验实现中不满足，并且可能潜在地打开漏洞。在这项工作中，我们首先表明，确实存在漏洞的测量设备无关的量子密钥分发通过提供一个具体的攻击不完美的相位随机化。然后，我们提出了一个离散相位随机测量设备无关的量子密钥分发协议作为解决方案，以关闭这个源端漏洞。
2020-06-22 quant-ph
Randomized benchmarking in measurement-based quantum computing
随机基准测试通常被用作表征小型量子器件中基本逻辑门组的性能的有效方法。在基于测量的量子计算模型中，逻辑门是通过对固定的通用资源状态进行单点测量来实现的。在这里，我们将单个量子位的随机基准测试协议调整为线性簇状态计算，这提供了与目标门集相关的噪声的部分但有效的表征。将随机基准测试应用于基于测量的量子计算，在基于测量的模型中与逻辑门相关的固有随机性与基准测试中使用的随机门序列之间表现出有趣的相互作用。我们考虑两种不同的方法：第一种使用标准的单量子位Clifford群，而第二种使用最近推出的（非Clifford）基于测量的2-设计，利用固有的随机性来实现门序列。
2016-09-01 quant-ph
Twin-field quantum key distribution with discrete-phase-randomized sources
由于第三方的单光子干涉，双场量子密钥分发（TF-QKD）协议及其变体可以在没有量子中继器的情况下克服已知的速率损失限制，并且最近已经实现了相关的实验。通常，这些方案中的量子态应该在编码模式和测试模式之间随机切换。为了采用标准的诱饵态方法，相干态源在测试模式中的相位被假定为连续随机的。然而，这样一个关键的假设不能很好地满足实验实现。为了弥合理论与实践之间的差距，本文提出了一种在编码模式和测试模式下均采用离散相位随机信源的TF-QKD变体，并证明了其对集体攻击的安全性。我们的仿真结果表明，只有少量的离散相位，离散相位随机源的性能可以克服率损耗界和连续相位随机源的方法。
2021-01-04 quant-ph
Enhanced estimation of quantum properties with common randomized measurements
本文提出利用近似先验知识结合量子随机测量与经典计算来增强量子态性质估计，给出无偏估计器和方差保证，并通过熵与保真度实验验证其有效性。
2023-04-24 quant-ph
Randomized compiling for scalable quantum computing on a noisy superconducting quantum processor
在量子处理器上成功实现算法依赖于精确控制量子位（qubit）来执行逻辑门操作。在这个有噪声的中间尺度量子（NISQ）计算时代，量子位控制中的系统失调、漂移和串扰可能导致一种没有经典模拟的相干形式的误差。相干误差以不可预测的方式严重限制了量子算法的性能，并且为了实现可靠的量子计算，减轻它们的影响是必要的。此外，通过随机基准测试和相关协议测量的平均错误率对相干错误的全部影响不敏感，因此不能可靠地预测量子算法的全局性能，这使得我们没有准备好验证未来大规模量子计算的准确性。随机编译是一种旨在通过将相干错误转换为随机噪声来克服这些性能限制的协议，大大减少了量子算法中不可预测的错误，并通过周期基准测试测量的错误率来准确预测算法性能。在这项工作中，我们证明了显着的性能增益下随机编译的四量子位量子傅里叶变换算法和随机电路的超导量子处理器上的可变深度。此外，我们准确地预测算法性能使用实验测量的错误率。我们的研究结果表明，随机编译可以用来利用和预测现代噪声量子处理器的能力，为可扩展的量子计算铺平了道路。
2021-05-12 quant-ph
Shallow randomized measurement in noisy quantum devices
Seoul National University（首尔大学）
研究浅随机测量在学习量子态特性方面相对于非纠缠单比特测量的优势，基于 Clifford 系综构建理论框架并在 IBM 量子硬件上验证，表明其能在噪声量子设备中带来实际益处。
2026-07-07 quant-ph
Robust randomized benchmarking of quantum processes
我们描述了一个简单的随机基准协议的量子信息处理器，并获得一系列的模型的可观察到的保真度衰减作为一个函数的扰动扩展的错误。我们能够证明，该协议提供了一个有效的和可靠的估计的平均错误率为一组操作（门）下的一般噪声模型，允许时间和门相关的错误。我们确定的条件下，这一估计仍然有效，并说明协议通过数值例子。
2010-09-19 quant-ph
Detecting scrambling via statistical correlations between randomized measurements on an NMR quantum simulator
无序相关器（OTOC）作为量子多体系统中量子信息置乱的一种度量，近年来受到了广泛的关注。OTOC的实验测量是相当具有挑战性的。现有的理论方案包括实施时间反演操作或使用辅助量子系统，因此只有少数实验报告。最近，提出了一种新的协议来检测OTOC使用随机测量之间的统计相关性。在这项工作中，我们使用这种新的测量方法在一个4量子比特的核磁共振量子模拟器上检测了一个kicked-伊辛模型的OTOC。在实验中，我们使用随机哈密顿演化来产生随机OTOC检测协议所需的随机操作。我们的实验结果与理论预测吻合良好，从而证实了协议的可行性。因此，我们的工作代表了一个步骤，探索现实的量子混沌动力学在复杂的量子系统。
2019-03-28 quant-ph
Randomized Dynamical Decoupling Techniques for Coherent Quantum Control
在量子控制和量子信息处理中，对能够精确操纵量子动力学的策略的需求是普遍存在的。我们研究了两种情况下，随机动态解耦技术变得更加有利，相对于标准的确定性方法在关闭不必要的动态演化在一个封闭的量子系统：当处理解耦周期，涉及大量的控制动作和/或当寻求长时间的量子信息存储。高效的混合解耦方案，结合确定性和随机性的功能进行了讨论，以及依次实施级联的方法，在短时间内应用的好处，其次是一个混合协议，在较长的时间。一个量子寄存器组成的自旋1/2粒子链通过海森堡相互作用的相互作用被用作整个分析的模型。
2006-10-13 quant-ph
Collective randomized measurements in quantum information processing
本文提出集体随机测量方法，通过集体角动量测量与多边幺正旋转，在不依赖集体参考系的情况下表征量子纠缠，并给出基于三体关联的新判据。
2024-08-08 quant-ph
Efficient implementation of randomized quantum algorithms with dynamic circuits
Mitsubishi Chemical Corporation（三菱化学公司）；Quantum Computing Center, Keio University（庆应义塾大学量子计算中心）；IBM Quantum, IBM Research – Tokyo（IBM量子，IBM研究-东京）；Department of Applied Physics and Physico-Informatics, Keio University（庆应义塾大学应用物理与物理信息系）
本文提出通过动态电路减少随机算法执行时间，实现单电路多次测量，提升量子硬件执行效率。
2026-04-21 quant-ph
Randomized Benchmarking Using Unitary t-Design for Average Fidelity Estimation of Practical Quantum Circuit
随机基准测试是一种有效的评估有噪声量子线路平均保真度的方法。然而，它对单一误差不敏感。在这里，我们提出了一种随机基准测试的方法，其中一个单一的t-设计，并通过它的单一误差估计可以转换为一组酉算子的伪随机性分析。当对n量子位d维系统进行酉t设计时，我们给出了随机基准测试序列数量的界。通过引入局部随机幺正算子，幺正t-设计的分解，该界比以前的多量子比特电路界更实用。我们还给出了一个严格的钻石范数之间的任意和均匀分布的酉算子集，形成一个ε-近似酉t-设计。它可以用来定量分析大规模量子线路中相应的平均保真度和误差。
2017-12-12 quant-ph
Randomized and Quantum Solution of Initial-Value Problems for Ordinary Differential Equations of Order k
我们研究了随机和量子计算在k阶常微分方程标量初值问题中相对于确定性计算的可能优势。对于一阶方程组，这个问题已经在\cite{Kacewicz05}中解决了一些细节。\cite{Kacewicz05}中所示的确定性计算的加速与相对于右侧函数的解的增加的正则性有关。对于一个k阶标量方程（可以转化为一阶特殊系统），解的正则性增加了k个数量级。这导致在确定性设置中依赖于线性信息的k的改进的复杂度界限，参见\cite{Szczesny05}。这可能表明，在随机化和量子设置中，也可以根据k来实现加速。在本文中，我们表明，依赖于k的加速是不可能的随机和量子设置。我们建立了较低的复杂性界限，表明随机和量子复杂性保持在一定的水平，为一阶系统，无论k是多大。因此，从\cite{Kacewicz05}的算法保持（几乎）最优，即使我们限制自己的一个子类的系统所产生的标量方程的阶k。
2006-12-19 quant-ph
Concepts and conditions for error suppression through randomized compiling
随机编译通过将任意马尔可夫错误裁剪成随机泡利噪声来减少错误对量子计算机的影响。在这里，我们证明了随机编译也裁缝到本地随机泡利噪声的非马尔可夫错误和调查技术的局限性。我们通过分析和数值结果表明，随机编译改变错误在三个不同的有益的方式。首先，它通过破坏周期间的相干相关性来防止跨门周期的误差的相干积累（包括难以去除的串扰效应）。其次，它将单个门周期误差转换为泡利噪声。最后，随机编译降低了噪声设备固有的可变性。我们用IBM Quantum Experience平台证实了这些理论预测，并描述了实验数据，这些数据说明了公共设备的性能大幅提高。这些结果巩固了随机编译在近期和长期量子信息处理中的重要性。
2022-12-14 quant-ph
Near-Optimal Separations of Certificate Complexity from Randomized and Quantum Query Complexity
Center for Quantum Computer Science, Faculty of Science and Technology, University of Latvia（拉脱维亚大学科学与技术学院量子计算机科学中心）
构造全布尔函数，证明量子查询复杂度与证书复杂度存在近四次分离，解决长期开放问题，结果在对数因子内最优。
2026-10-06 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
Discrete-phase-randomized coherent state source and its application in quantum key distribution
相干态光子源在量子信息处理中有着广泛的应用。在许多应用中，例如量子密钥分发（QKD），通过假设相干态的相位是连续随机的，相干态被用作Fock态的混合。在实践中，这样一个关键的假设往往不被满足，因此，现有的QKD实验的安全性得不到保证。为了弥补这一缺陷，我们提供了一个严格的安全性证明的量子密钥分配与离散相位随机相干态源。我们的研究结果表明，离散相位随机化的情况下，其性能接近其连续对应的只有一个小的数量（说，10）的离散相位。与传统的连续相位随机化的情况下，其中需要无限数量的随机比特，我们的结果表明，只有少量的（比如，4位）的随机性是必要的。
2015-05-14 quant-ph
Experimental estimation of the quantum Fisher information from randomized measurements
量子费舍尔信息（QFI）是量子物理学中的一个基本概念。一方面，它量化了量子参数估计测量中量子态的量子势。另一方面，它与多体系统的量子几何和多体纠缠有着内在的联系。在这里，我们探讨如何QFI可以通过随机测量估计，这种方法具有适用于纯和混合量子态的优点。在后一种情况下，我们的方法提供了访问子量子费舍尔信息，它设置了一个下界的QFI。我们使用两个平台实验验证了这种方法：金刚石中的氮空位中心自旋和超导量子计算机提供的4量子比特态。我们进一步对一个多体自旋系统进行了数值研究，以说明与量子态层析相比，我们的随机测量方法在估计多体纠缠方面的优势。我们的研究结果突出了我们的方法对一般量子平台的普遍适用性，包括固态自旋系统，超导量子计算机和捕获离子，从而提供了一个多功能的工具来探索QFI在量子物理中的重要作用。
2021-04-01 quant-ph
Randomized benchmarking of atomic qubits in an optical lattice
我们对限制在光晶格中的中性原子量子比特（量子比特）进行随机基准测试。单量子位门使用微波实现，导致每个随机计算门的测量误差为1.4（1）x 10^-4，其由系统T2弛豫时间决定。结果表明，该系统的鲁棒性，更先进的量子信息协议的可行性。
2010-11-15 quant-ph
Randomized benchmarking for individual quantum gates
任何技术都需要对其组件进行精确的基准测试，量子技术也不例外。随机基准测试允许来自Clifford组的量子门的平均门保真度的相对资源经济的估计，假设所有门的噪声水平相同，利用随机选择的Clifford门的合适序列。在这项工作中，我们报告了随机基准测试的重大进展，表明它可以为克利福德组以外的单个量子门，即使是不同的噪声水平，每个量子门。这是可能的，量子资源的开销很小，但以显著的经典计算成本为代价。在我们的分析的核心是一个代表性的理论框架，我们在这里开发的是接触到经典的估计技术的基础上自举和矩阵铅笔。我们展示了该计划的运作在T-门的基准张量权力的手。除了它的实际意义，我们希望这一见解是相关的，因为它突出了在高精度表征量子门时对未知噪声过程的假设的作用。
2018-12-04 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
Randomized term grouping over physical law on digital quantum simulation
本文提出基于 qDrift 的 physDrift 随机算法，在哈密顿演化中保持物理守恒律，并通过氢链模型和噪声电路验证其误差降低与近期硬件可行性。
2025-02-16 quant-ph
Lower bounds for randomized and quantum query complexity using Kolmogorov arguments
我们证明了一个非常普遍的量子和随机查询复杂性的下界技术，这是很容易证明和应用。为了实现这一点，我们引入了使用Kolmogorov复杂性查询的复杂性。我们的技术推广了Ambainis的加权，未加权方法，以及Barnum，Saks和Szegedy的谱方法。作为我们的主要定理的直接结果，对手方法只能证明$O(\min(\sqrt{n C_0(f)},\sqrt{n C_1(f)}))$中布尔函数$f$的下界，其中$C_0, C_1$是证书复杂度，$n$是输入的大小。我们还推导出了Hoyer，Neerbek和Shi使用的特殊加权方法的一般形式，给出了有序搜索和排序的量子下界。
2003-11-27 quant-ph
Randomized adaptive quantum state preparation
本研究提出一种无需经典优化、以随机性为核心的自适应量子态制备方法，通过带随机切空间方向的梯度测量反馈构建电路，从理论和数值上验证了几乎所有初始态均可收敛，并推导代价变化下界以分析算法大规模适用性。
2023-10-06 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
Quantum Fisher information from randomized measurements
量子费舍尔信息（QFI）是从量子精密测量到量子信息理论等许多领域的重要基本量。它尤其可以作为量子多体系统中多粒子纠缠度的证明。在这项工作中，我们使用多项式的密度矩阵构造单调递增的下界收敛到QFI。使用随机测量，我们提出了一个协议，以准确地估计这些下限在最先进的量子技术平台。我们估计的测量需要达到一个给定的精度和置信水平的界限，并提出了两个例子的应用程序的方法在量子系统的耦合量子位和集体自旋。
2022-01-18 quant-ph
Characterizing Quantum Gates via Randomized Benchmarking
我们描述和扩展的可扩展的随机基准协议提出的物理。106，180504（2011），其提供了一种用于对量子门进行基准测试并估计噪声的门依赖性的方法。该协议允许噪声具有弱的时间依赖性和门依赖性，我们提供了一个充分条件，该协议的适用性方面的噪声的平均变化。我们讨论了如何考虑状态准备和测量误差，并提供了一个完整的证明协议的可扩展性。我们在特殊情况下建立了该协议提供的错误率和使用钻石范数距离测量的错误强度之间的连接。
2012-04-27 quant-ph
Improved Bounds on the Randomized and Quantum Complexity of Initial-Value Problems
我们处理的问题，开始在[8]，寻找随机和量子复杂性的初值问题。我们在[8]中表明，在最坏情况下的确定性复杂度上，两种设置都有可能加速。在本文中，我们证明，通过定义新的算法，可以实现进一步的改进，在上界的随机化和量子复杂性。在具有r个连续有界偏导数的右手函数的Hölder类中，其中r阶导数是指数为ρ的Hölder函数，ε-复杂度在随机设置下为O（（1/ε）^{1/（r+ρ+1/3）}），在量子计算机上为O（（1/ε）^{1/（r+ρ+1/2）}）（直到对数因子）。这是对文献[8]结果的改进。对于一个特殊的问题，进一步讨论了复杂性上界和下界之间的差距。我们考虑标量自治问题，其目的是计算积分区间的端点处的解。对于这个问题，我们通过建立（本质上）匹配的复杂性上限和下限来填补空白。我们证明了这种情况下的复杂性在随机设置中为（1/ε）^{1/（r+ p +1/2）}阶，在量子设置中为（1/ε）^{1/（r+ p +1）}阶（再次达到对数因子）。
2005-06-11 quant-ph
Randomized measurements for multi-parameter quantum metrology
Perimeter Institute for Theoretical Physics（珀蒂默理论物理研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；The University of Chicago（芝加哥大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出随机测量方法用于多参数量子计量，通过3设计实现近最优测量，适用于纯态和近低秩态，展示了其在保真度和哈密顿量估计中的应用与限制。
2026-01-15 quant-ph
Resource-Optimal Importance Sampling for Randomized Quantum Algorithms
Università di Pavia（帕维亚大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文提出通过经典重要性采样优化随机量子协议的资源使用，减少计算资源需求，应用于量子协议中的电路执行和测量成本优化。
2026-03-13 quant-ph
On the robustness of the hybrid qubit computational gates through simulated randomized benchmarking protocols
构建量子处理器的主要挑战之一是表征环境噪声。噪声表征可以通过利用不同的技术来实现，例如随机化，其中将若干随机量子门序列应用于测试下的量子位以导出关于影响噪声的统计特性。一个可扩展的和强大的算法能够基准的全部克利福德门使用随机化技术被称为随机基准。在这项研究中，我们模拟了半导体全电三电子双量子点量子比特，即混合量子比特，在不同的误差模型，包括准静态高斯和更现实的1/f噪声模型下，输入控制的随机基准协议。特定量子计算门的平均误差通过在感兴趣的门之间包括Clifford门获得的交错随机基准来提取。它提供了一个估计的保真度以及理论界的平均误差的门在测试。
2020-11-03 quant-ph
Statistically significant tests of multiparticle quantum correlations based on randomized measurements
该研究提出基于局部随机测量有限样本的多量子比特判据层级，利用二阶矩和大偏差界评估统计显著性，从而认证中等规模量子系统中的多粒子纠缠并确定所需测量资源。
2022-08-16 quant-ph
Robust Extraction of Tomographic Information via Randomized Benchmarking
我们描述了如何随机基准可以用来重建任何保迹量子映射的酉部分，这反过来又足以充分表征任何酉演化，或更一般地说，任何酉保迹演化。这种方法继承了随机基准测试对准备、测量和门缺陷的鲁棒性，因此避免了由这些缺陷引起的系统误差。我们还扩展了这些技术，以有效地估计量子映射的平均保真度的克利福德群以外的酉映射。我们考虑的幺正对应于通常用作构建块的大型电路，以实现可扩展的，通用的和容错的量子计算。因此，我们可以有效地验证基于电路的通用量子计算机的所有子组件。此外，我们严格约束的时间和采样的随机基准程序的复杂性，证明所需的非线性估计问题可以有效地解决。
2016-04-11 quant-ph
Non-exponential Fidelity Decay in Randomized Benchmarking with Low-Frequency Noise
我们表明，非指数保真度衰减在随机基准测试实验的量子点量子比特是一致的数值模拟，包括低频噪声。通过扩展标准的随机基准测试分析，这个实验制度，我们发现，这种非指数衰减更好地模拟多个指数衰减率，导致瞬时控制保真度同位素纯化硅MOS量子点量子位，可以高达99.9%时，低频噪声条件和系统校准是有利的。量子位表征和验证方法的这些进展为硅作为容错量子计算的量子位平台提供了可观的前景。
2015-02-22 quant-ph
Randomized benchmarking of quantum gates implemented by electron spin resonance
磁共振控制和探测自旋系统对于检验量子控制和量子纠错的思想是很有价值的。本文介绍了一种X波段脉冲电子自旋共振谱仪，它包括一个用于亚毫米级样品的环隙谐振腔，控制带宽为40 MHz。采用单边带上变频技术，利用I-Q调制器和1.2GS/s任意波形发生器实现了通用控制。一个单一的量子位随机基准协议量化的平均误差的克利福德门实现简单的高斯脉冲，使用伽马辐照的石英样品。通过相位瞬变校正和硬件优化实现了幺正门保真度的改善。在静态场的窄分布中选择自旋包的准备脉冲序列证实了非均匀失相（1/T2*）是门误差的主要来源。这里获得的Clifford Gates的最佳平均保真度为99.2%，这是与其他技术进行比较的基准。
2016-04-21 quant-ph
Benchmarking bosonic modes for quantum information with randomized displacements
针对现有玻色模式质量表征工具的不足，本文提出基于相空间随机位移的玻色随机基准测试协议，可识别误差过程并定量提取参数，经囚禁离子实验验证后，还确定了系统中主导的高度相关退相噪声。
2024-05-24 quant-ph
(Almost) tight bounds for randomized and quantum Local Search on hypercubes and grids
局部搜索问题是在给定的图上寻找黑盒函数的局部极小值的问题，在计算机科学和自然科学的许多领域都具有重要的理论和实践意义。本文证明了对于布尔超立方体$\B^n$，局部搜索的随机查询复杂度为$Θ(2^{n/2}n^{1/2})$，量子查询复杂度为$Θ(2^{n/3}n^{1/6})$ .我们还表明，对于恒定维网格$[N^{1/d}]^d$，随机查询的复杂性是$Θ(N^{1/2})$的$d \geq 4$和量子查询的复杂性是$Θ(N^{1/3})$的$d \geq 6$。新的下界低维网格也给出了。这些改进了Aaronson [STOC'04]和Santha和Szegedy [STOC'04]的先前结果。最后，我们证明了$[N^{1/2}]^2$的一个新的上限$O(N^{1/4}(\log\log N)^{3/2})$的量子查询复杂度，这意味着网格上的本地搜索表现出不同的属性在低维。
2005-05-30 quant-ph
Quantum-noise--randomized data-encryption for WDM fiber-optic networks
我们证明了高速率的随机数据加密，通过光纤使用固有的量子测量噪声的相干态光。具体来说，我们通过一个10 Gbps的数据承载，在线放大200公里长的线路演示了650 Mbps的数据加密。在我们的协议中，合法用户（谁共享一个短的秘密密钥）使用M-ry信号集进行通信，而攻击者（谁不共享的秘密密钥）被迫与基本的和不可约的量子测量噪声的相干态。我们的协议使用偏振编码信号集以及偏振不敏感的相位键控信号集的实现进行了实验和理论评估。不同于密钥生成（量子密钥生成）的密码学目标的性能标准，建立并仔细考虑了数据加密的密码学目标的一组可能的性能标准。
2005-03-29 quant-ph
The Practicality of Randomized Quantum Linear Systems Solvers
National Energy Research Scientific Computing Center, Lawrence Berkeley National Laboratory（国家能源研究科学计算中心，劳伦斯伯克利国家实验室）；Leinweber Institute for Theoretical Physics and Department of Physics, University of California, Berkeley（莱因韦伯理论物理研究所与物理学系，加州大学伯克利分校）；Physics Division, Lawrence Berkeley National Laboratory（物理学部，劳伦斯伯克利国家实验室）；BlueQubit Inc（BlueQubit公司）；Applied Mathematics and Computational Research Division, Lawrence Berkeley National Laboratory（应用数学与计算研究分部，劳伦斯伯克利国家实验室）
研究随机量子线性系统求解器的实用性，结合傅里叶级数采样与哈密顿模拟，推导算法参数的非渐近误差界并数值确认，发现特定实例收敛所需非克利福德门数多，还比较两种内核，表明RTE总门预算小但两者都不实用，分析架起渐近与硬件实现的桥梁。
2026-07-29 quant-ph
Simulating sparse SYK model with a randomized algorithm on a trapped-ion quantum computer
Quantinuum；Quantinuum K.K.；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), RIKEN（RIKEN跨学科理论与数学科学中心 (iTHEMS)）；RIKEN
研究利用随机算法TETRIS在囚离子量子计算机上模拟稀疏SYK模型，通过高保真量子操作和全连接结构计算洛施密特振幅，评估未来大规模模拟的量子资源需求。
2025-07-10 quant-ph
Validating quantum computers using randomized model circuits
我们引入了一个单一的数字度量，量子体积，可以使用一个具体的协议在近期的量子计算机的适度大小（$n\lesssim 50$）测量，并测量它在几个国家的最先进的transmon设备，发现值高达16。量子体积与系统错误率有关，并且通过系统内不受控制的相互作用而经验性地减少。它量化了计算机成功实现的宽度和深度相等的最大随机电路。具有高保真操作、高连接性、大校准门集合和电路重写工具链的量子计算系统预计具有更高的量子体积。量子卷是一种实用的方法，可以测量和比较近期量子计算和纠错实验在改善全系统门错误率方面的进展。
2019-10-11 quant-ph
Benchmarking a randomized quantum algorithm for estimating expectation values of molecular observables
QUTAC Material Science Working Group（QUTAC材料科学工作组）
本文对Wang等人的随机采样算法进行基准测试，发现其测量开销过高，需改进测量策略或算法缩放才能用于工业量子化学应用。
2026-10-14 quant-ph
Characterization of Leakage Errors via Randomized Benchmarking
当量子态泄漏出某些感兴趣的子空间时，例如，定义计算“量子比特”的多级系统的两级子空间或由某些量子纠错码或消相干子空间定义的逻辑码空间，就会出现泄漏误差。相对于更好地研究的退相干误差，泄漏误差对量子控制提出了独特的挑战，并且可能是实现容错量子计算的限制因素。在这里，我们提出了可扩展的和强大的随机基准测试协议，用于快速估计相干和非相干泄漏的速率，允许通过改变控制方法来最大限度地降低泄漏率。我们说明了该协议的可靠性，通过数值模拟与物理相关的错误模型。
2015-03-05 quant-ph
Experimental implementation of non-Clifford interleaved randomized benchmarking with a controlled-S gate
将量子线路硬件有效地转换为量子器件本机门集对于在有噪声的量子计算机上执行量子算法是必不可少的。典型的量子器件利用每对耦合量子位具有单个双量子位Clifford纠缠门的门集，然而，在一些应用中，对非Clifford双量子位门的访问可以导致更优化的电路分解，并且还允许在优化噪声方面更灵活。我们使用Qiskit Pulse框架在基于云的IBM量子计算上演示了低误差非Clifford控制的$\fracπ{2}$相位（CS）门的校准。为了测量校准的CS门的门误差，我们执行非Clifford hocT-Dihedral交错随机基准测试。我们能够在263 ns的门长度处获得$5.9(7) \times 10^{-3}$的门误差，这接近于相关量子位的相干极限，并且比后端标准校准的CNOT门的误差更低。
2021-03-14 quant-ph
Noise tailoring for scalable quantum computation via randomized compiling
量子计算机有望通过操纵相干量子系统，从根本上超越经典计算机。现实的量子计算机将由于环境和不完美的控制而出现错误。当这些错误甚至是部分相干的，他们提出了一个主要的障碍，实现强大的计算。在这里，我们提出了一种方法，引入独立的随机单量子位门的逻辑电路，以这样的方式，有效的逻辑电路保持不变。我们证明，这种随机化剪裁成随机泡利错误的噪声，导致最坏情况下的累积错误率显着降低，同时引入很少或根本没有实验开销。此外，我们证明了我们的技术是强大的门集的误差变化，并在数值上说明了最坏情况下的错误，是可以实现的显着减少。给定这种定制的噪声，具有显著较低保真度的门足以实现容错量子计算，并且重要的是，定制噪声的最坏情况错误率可以通过随机基准测试实验直接有效地测量。值得注意的是，我们的方法能够在最近实验中观察到的错误率下实现容错量子计算。
2016-06-09 quant-ph
