量子物理
[提交于 2025年7月6日
]
标题: 基于维度最优误差界的快速量子测量层析术
标题: Fast quantum measurement tomography with dimension-optimal error bounds
摘要: 我们提出了一种两步协议用于量子测量层析,该协议在经典计算处理成本上较为轻量,并且在系统维度上仍能达到最优样本复杂度。 给定来自已知探测态集合的测量数据,我们首先应用最小二乘估计来生成一个不受约束的POVM近似,然后将该估计投影到有效量子测量的集合上。 对于作用于$d$维系统的具有$L$个结果的POVM,我们证明该协议在最坏情况距离下达到误差$\epsilon$需要$\mathcal{O}(d^3 L \ln(d)/\epsilon^2)$个样本,在平均情况距离下需要$\mathcal{O}(d^2 L^2 \ln(dL)/\epsilon^2)$个样本。 我们进一步建立了任何非自适应、单拷贝POVM层析协议的两个几乎匹配的样本复杂度下界,分别为$\Omega(d^3/\epsilon^2)$和$\Omega(d^2 L/\epsilon^2)$。 因此,我们的投影最小二乘POVM层析技术在维度$d$上至对数因子是样本最优的。 当使用全局或局部2设计作为探测集合时,我们的方法具有解析形式,并且能够提供严格的非渐近误差保证。 最后,我们还在一个带有通量可调transmon量子比特的噪声超导量子计算机上进行了经验性能研究,以补充我们的发现。
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