Parallelized projective measurements for spatial photonic qudits estimation
提出一种仅需d+1种实验设置即可重建任意d维光子横向动量量子态的层析方法，通过空间复用投影测量，在d=6时以7种设置实现保真度高于0.97的实验验证。
2025-06-18 quant-ph
Ptychographic estimation of qudit states encoded in the angular position and orbital angular momentum of single photons
本文提出将叠层衍射量子类比方法应用于单光子角位置与轨道角动量编码的高维量子态估计，通过二进制空间滤波器和OAM模式后选择实现，模拟验证有效并讨论实验可行性。
2025-04-18 quant-ph
Quantum Phase Estimation with Time-Frequency Qudits in a Single Photon
相位估计算法（PEA）是一种重要的量子算法，可以独立使用，也可以作为其他量子算法的关键子程序。目前PEA的大多数实现都是基于量子比特的，其中量子线路中的计算单元是二维态。执行量子计算任务的高维状态- qudits -已被提出，但基于qudit的PEA尚未实现。使用qudits可以减少实现给定精度或成功概率所需的资源。与其他量子计算硬件相比，光子系统具有对噪声有弹性的优点，但是光子-光子相互作用的概率性质使得难以实现双光子控制门，而双光子控制门是许多量子算法中的必要组件。在这项工作中，我们报告了一个基于量子点的PEA在光子平台上的实验实现，利用单光子的时间和频率自由度（DoF）的高维性。受控酉门可以以确定性方式实现，因为控制寄存器和目标寄存器现在由单个光子中的两个DoF表示。这是qudit PEA的第一个实现，在任何平台上，成功地检索任何任意相位，精度为一个三进制数字。
2019-06-27 physics.optics quant-ph
Optimal probabilistic estimation of quantum states
我们将量子态的概率无模糊判别的概念推广到量子态估计。我们考虑的情况下，测量设备可以输出未知的输入状态的估计或不确定的结果。我们提出了一个一般的方法来评估概率估计策略所能达到的最大保真度。我们说明了我们的方法上两个明确的例子：从一对共轭量子比特和相位协变估计的量子比特从N个副本的估计。我们表明，通过允许不确定的结果，它是可能达到的估计保真度高于最好的确定性估计策略所实现的。
2006-06-19 quant-ph
Information/disturbance trade-off in single and sequential measurements on a qudit signal
我们解决的信息增益和状态扰动之间的权衡在qudit系统上进行的测量，并设计了一类最佳的测量方案，饱和的最终限制由量子力学的估计和传输的可靠性。该方案是最小的，即，它们涉及单个附加探测量子，并且是最优的，即，它们提供与给定干扰水平兼容的最大量的信息。研究了N用户传输线上的最优单用户方案在通过顺序测量提取信息时的性能，并通过显式估计的最优性来分析其最优性。我们发现，无论是单测量推断还是集体测量推断，估计保真度都不依赖于用户的数量，而传输保真度则随着N的增加而减小。由此产生的折衷不再是最佳的，并且随着N的增加而降低。我们发现，最优性可以恢复一个有效的准备的探针状态，并提出明确的计算2用户的情况下。
2006-12-12 quant-ph
Quantum Algorithms for Inverse Participation Ratio Estimation in multi-qubit and multi-qudit systems
本研究针对多量子比特与多量子维特系统，提出三种逆参与比（IPR）估计算法，覆盖不同基与系统类型，并通过多种物理场景完成基准测试与资源分析。
2025-05-18 cond-mat.quant-gas quant-ph
Efficient verification and fidelity estimation of discrete bipartite squeezed states
为了获得优势，量子技术利用量子力学特有的现象。两个这样的现象是压缩和纠缠。在生成了表现出这些特征的状态之后，用局部测量来验证它们的生成可能是一个困难的过程。在这里，我们考虑使用两个量子点的单轴压缩哈密顿量，不仅产生纠缠的两个量子点的压缩态，但也导致各种形式的有趣的纠缠态。我们展示了如何使用本地测量来有效地验证和直接估计这些生成的状态的保真度。
2021-06-01 quant-ph
Classification of data with a qudit, a geometric approach
提出一种基于qudit的几何分类模型，通过旋转编码将数据映射到Bloch超球面，经旋转和投影测量，用梯度下降优化权重，以少量参数无需纠缠解决非线性分类问题。
2023-07-26 quant-ph
A Gauge-Covariant Theoretical Framework for Non-Abelian Holonomy Estimation and Feed-Forward Correction in Time-Bin Photonic Qudits
针对时间箱光子qudit处理中非阿贝尔几何畸变，提出基于Wilczek-Zee完整性的规范协变估计和前馈修正框架，推广了阿贝尔标量相位方法到矩阵值情形。
2026-05-26 quant-ph
Optimal estimation of conjugate shifts in position and momentum by classically correlated probes and measurements
由于位置和动量的同时和非平凡的小变化，多参数估计是必要的力传感。因此，设计允许同时估计所有参数的量子探针是一项重要的任务。量子谐振子位置和动量共轭变化的最佳估计方法是利用纠缠态或量子非高斯态的探针。我们表明，同样的结果可以得到一个更可行的方式，采用独立的不同压缩高斯状态的经典相关的位置或动量测量。该结果表明，探针状态和直接适用于力感测的测量值之间的经典相关性具有未经探索的力量
2022-08-02 quant-ph
Quantum-Enhanced Parameter Estimation Without Entanglement
该研究通过在单个高维 qudit 上构造 Dicke 与 GHZ 态类似物，证明无需纠缠即可超越标准量子极限，并以量子 Fisher 信息刻画非经典性，显著降低量子增强参数估计的资源需求。
2023-09-25 quant-ph
Quantum Measurement Classification with Qudits
Universidad Nacional de Colombia（哥伦比亚国立大学）；Universidad Tecnológica de Pereira（佩雷拉科技大学）；Laboratory for Research in Complex Systems（复杂系统研究实验室）
本文提出一种混合经典-量子程序，在高维量子计算机模拟器中实现密度估计与监督分类，实验验证其可行性。
2021-07-20 cs.LG quant-ph
Efficient Experimental Qudit State Estimation via Point Tomography
Universidad de Concepción（康塞普西翁大学）；Millennium Institute for Research in Optics（光学研究千年研究所）；University of Vienna（维也纳大学）；Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ)（维也纳量子科学与技术中心）；Christian Doppler Laboratory for Photonic Quantum Computer（光子量子计算克里斯蒂安·多普勒实验室）；ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques（ICFO-光子科学研究所）；The Barcelona Institute of Science and Technology（巴塞罗那科学技术研究院）；Universidad Católica de la Santísima Concepción（神圣康塞普西翁天主教大学）；Fundação Getulio Vargas（热图利奥·瓦加斯基金会）
提出点层析方法，利用Fisher对称测量以最优效率估计量子态偏差，将所需测量结果数从~4d-3减少至2d-1，并在四维光子系统中实验验证，精度接近Gill-Massar极限。
2024-12-19 quant-ph
Mean-squared-error-based adaptive estimation of pure quantum states and unitary transformations
本文提出了一种高精度估计单量子点纯量子态的方法。我们的方法是基于最小化的平方误差之间的复杂的概率幅的未知状态和它的估计。我们通过数值实验表明，本方法的估计精度，这是由估计的样本空间上的平方误差的期望，是状态无关的。此外，我们的方法提供的估计精度接近两倍的吉尔-马萨下限，这代表了最好的可实现的精度，为所有检查的尺寸。最小化问题是通过级联的复杂的同时扰动近似，一个迭代的随机优化方法，在该领域内的复数，和极大似然估计，一个众所周知的统计推断方法。这可以在多臂干涉仪阵列的帮助下进行。在单个量子比特的情况下，马赫-曾德尔干涉仪就足够了。我们还表明，我们的估计过程可以很容易地扩展到估计未知的酉变换作用于一个单一的qudit。因此，酉变换的估计实现了比基于混合状态的层析成像方法的处理所实现的精度更高的精度。
2021-07-13 quant-ph
QuickQudits: A Framework for Efficient Simulation of Noisy Qudit Clifford Circuits via an Extended Stabilizer Tableau Formalism
Johannes Kepler University Linz（林茨约翰内斯·开普勒大学）
本文提出一种高效模拟d维qudit上克莱因群电路的框架，包含现实中的Pauli/Weyl噪声，通过稳定子表格法跟踪稳定子和不稳定子生成器，并利用Smith正则分解处理复合维度下的高效采样。
2026-03-24 quant-ph
Quantum channel learning with limited parallel access
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 Physics and Astronomy, Sejong University（世宗大学物理天文学系）
该研究针对有限并行访问场景，推导了量子信道转移矩阵/函数元素估计的样本复杂度界，确立了信道学习资源层级，为有限多副本访问下的态学习提供了更紧下界。
2026-09-18 quant-ph
Scavenging quantum information: Multiple observations of quantum systems
给定一个已经被最优测量的量子点的未知状态，人们还能提取出关于原始未知状态的任何信息吗？显然，在最大信息量的测量之后，系统的状态“崩溃”到测量后状态，从该测量后状态，{ \em{same} }观测器不能获得关于系统的原始状态的进一步信息。然而，系统仍然为第二个观察者编码了大量关于原始准备的信息，而第二个观察者并不知道第一个观察者的动作。我们研究了一系列独立的观测器如何获得或获取系统未知状态的信息（由保真度量化），当他们顺序测量它时。我们给出了估计保真度的封闭形式表达式，当一个或多个qudit可用于携带关于单qudit状态的信息时，研究当任意多个观察者可以获得关于系统的（几乎）完整信息时的“经典”极限。除了所有观察员进行最翔实的测量的情况下，我们研究的情况下，有限数量的观察员估计状态具有相等的保真度，无论他们在测量序列中的位置;和所有观察员使用相同的测量apparata（到一个相互未知的方向）选择的情况下，使一个特定的观察员的估计保真度最大化。
2011-05-26 quant-ph
Accessible precisions for estimating two conjugate parameters using Gaussian probes
本文分析了用高斯探针同时估计位移通道中一对共轭参数的精度极限。有一组压缩状态作为初始资源，我们计算Holevo Cramér-Rao界调查最佳可实现的估计精度，如果只有被动的线性操作被允许在探测信道之前的资源上执行。分析揭示了最佳的测量方案，并允许我们量化的最佳精度为一个参数时，第二共轭参数的精度是固定的。为了等精度地估计共轭参数对，我们的分析表明，在50：50的分束器上，通过将两个压缩态与正交压缩求积相结合，可以得到最佳的探测器。如果对每个参数赋予不同的重要性，则最佳混合比不再是50：50。相反，它遵循一个简单的函数的可用压缩和两个参数之间的相对重要性。
2020-03-19 quant-ph
Enhanced Two-Parameter Phase-Space-Displacement Estimation Close to Dissipative Phase Transition
提出了一种基于驱动耗散量子系统的量子传感器，用于联合估计表征相空间位移的两个共轭变量。该量子探针由二能级原子和玻色子模组成的晶格系统，它们通过偶极耦合相互作用。相干动力学和玻色子激发损失耗散过程之间的相互作用导致一个稳定的状态，表现出非分析行为。我表明，接近耗散相变的共轭参数之一的灵敏度，无论是位移的相位的幅度可以显着增强。此外，我证明了这两个参数的测量不确定度之和可以克服标准量子极限。
2020-08-02 quant-ph
Scalable Quantum Tomography with Fidelity Estimation
我们提出了一个纯量子系统的量子层析成像方案，该方案采用随机基测量和生成学习方法，以及内置的保真度估计方法来评估层析成像状态的可靠性。我们从理论上证明了该方案的有效性，并对三种典型的量子信息态和随机激发态进行了数值模拟实验，验证了该方案的有效性和鲁棒性。当系统规模增大时，满足一定收敛准则所需的副本数以低次多项式的方式增长，从而实现了对实际量子态层析至关重要的可扩展性.
2018-12-09 quant-ph
Pauli Decomposition by Character Theory: A Memory-Bounded Algorithm for Qubits and Qudits
Beavernets Technologies
本文利用特征理论将泡利分解转化为傅里叶分析，提出有界内存算法paulikit，通过Walsh-Hadamard变换实现量子比特与量子比特的泡利分解，避免物化稠密矩阵，成本为O(n·4^n)。
2026-10-22 cs.MS quant-ph
Determination of spatial quantum states by using Point Diffraction Interferometry
提出了一种基于点衍射干涉仪的重建任意维纯空间量子$d$的方法。在该方案中，量子态被编码在一个光子场的离散化的横向位置，一旦它们被发送通过一个孔径与$d$狭缝，和一个已知的背景被添加到提供一个相位参考。为了表征这些光子量子态，通过相移技术重建完整的相位波前。与多像素检测器相结合，采集可以并行化，并且仅需要四个干涉图来重建任何纯量子点，而与尺寸$d$无关。我们测试的方法实验，重建的尺寸$d=6$随机选择的状态。获得$0.95$的平均保真度值。此外，我们开发了一个实验方案，允许估计相位畸变影响传播时的波前，从而提高量子态估计。在这方面，我们提出了一个证明的原理演示，显示了纠正湍流在自由空间通信的影响的可能性，恢复平均保真度值可比的湍流的传播。
2020-05-20 quant-ph
Unitary Schur Sampling of Qudits via Random SWAP Tests: Hunt for Antisymmetry
Duke Quantum Center, Duke University（杜克大学量子中心）；Department of Electrical and Computer Engineering, Duke University（杜克大学电气与计算机工程系）；Department of Physics, Duke University（杜克大学物理系）
本文提出仅用成对 SWAP 测试实现任意置换不变混合态的酉 Schur 采样，通过反复提取最大反对称子系统，将算法转化为 Young 图随机遍历，并应用于量子纯度放大以最优纯化态。
2026-10-02 cond-mat.stat-mech hep-th math-ph
Phase estimation algorithm for the multibeam optical metrology
酉傅里叶变换是众多计算算法的核心。在这里，我们的实验表明如何酉傅立叶变换为基础的相位估计协议，即在量子精密测量，可以被翻译成经典的线性光学框架。由分束器、反射镜和移相器组成的开发的装置演示了经典相干性如何与量子相干性类似地构成用于获得关于可测量的物理量的信息的资源。我们的研究为小规模酉算法在路径编码量子点上的可靠实现开辟了道路，从而建立了一个易于访问的酉计算平台。
2020-05-27 physics.optics quant-ph
Optimal estimation of joint parameters in phase space
我们解决了在相空间中的位移操作的两个定义参数的联合估计。在基于高斯探测场和两个零差探测器的测量方案中，当探测场纠缠时，这两个共轭参数都可以在标准量子极限以下测量。我们推导出信息量最大的Cramér-Rao界，提供了理论基准的估计和观察，我们的计划是近最佳的探测场的参数范围很宽。我们讨论了纠缠的作用以及我们的测量策略和广义不确定关系之间的关系。
2013-01-15 quant-ph
A linear photonic swap test circuit for quantum kernel estimation
本文提出仅用线性光学元件和单光子 qudit 实现 swap test 的集成光子电路，可编码双量子比特并以 RMSE 小于 0.05 估计标量积，支持室温量子核估计。
2024-02-27 physics.optics quant-ph
Efficient experimental estimation of fidelity of linear optical quantum Toffoli gate
提出了N比特控制Z门量子过程保真度的一个有效可测下界。这个界限是由N个部分共轭乘积基的平均输出态密度决定的。我们的方法的一个明显的优势是，只有与产品状态的结晶需要测量，同时保持测量的总数远远小于什么是必要的全量子过程层析成像。作为应用，我们用这种方法对三量子比特线性光量子Toffoli门的量子过程保真度F进行了实验估计，发现F>=0.83。我们还通过从输入的乘积态制备GHZ型三量子比特纠缠态证明了门的纠缠能力。
2013-10-16 quant-ph
Estimating Pre- and Post-Selected Ensembles
在类比与通常的状态估计问题，我们介绍了一个预先和后选择合奏的状态估计问题。这个问题具有基本的物理意义，因为正如Y. Aharonov和他的合作者，前选择系综和后选择系综是最基本的量子系综。两个新的特征被显示出来：1）信息从过去和未来流向测量设备; 2）由于后选择，某些测量结果可以被迫永远不会发生。由于这些功能，在这样的合奏状态估计是显着不同的情况下，普通的，预先选择的合奏。在这里，我们开发了一个一般的理论框架来研究这个问题，并通过几个例子来说明它。我们还证明了一个一般定理，表明信息流从未来的复共轭信息流从过去有关。我们强调，所有的状态估计问题可以扩展到前和后选择的情况。因此，目前的工作奠定了一个更一般的量子态估计理论的基础。
2011-11-13 quant-ph
Information geometric approach to mixed state quantum estimation
信息几何促进了对统计流形的几何结构的研究，为科学知识的各个领域提供了一系列的解释。在物理科学中，特别是在量子理论中，这种几何方法与状态的可解释性有着令人难以置信的相似之处，状态的可解释性对于确定实现物理过程的有效性具有重要价值。这为我们提供了这项工作的背景。在这里，我们将从信息几何的角度来处理单参数统计推断的问题。在混合量子态下，我们将得到Cramér-Rao界的广义Bhattacharyya高阶修正。使用无偏估计$T$，正则共轭的哈密顿量$H$，产生的动态，我们发现这些校正独立的具体选择的估计。这个过程是使用信息几何技术，建立连接与纯态的情况下的修正。
2020-12-05 quant-ph
