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量子物理

arXiv:2505.24587 (quant-ph)
[提交于 2025年5月30日 ]

标题: 以样本最优方式使用温和测量学习量子态

标题: Sample-optimal learning of quantum states using gentle measurements

Authors:Cristina Butucea, Jan Johannes, Henning Stein
摘要: 对量子态的轻柔测量不会完全坍塌初始状态。相反,它们会在初始状态的指定迹距离 $\alpha$ 处提供一个后测量态,同时伴随一个用于量子学习初始态的随机变量。 我们在此引入有限维量子系统上的 $\alpha-$局部轻柔测量($\alpha-$LGM)类,这些测量是对乘积态的乘积测量,并通过轻柔性和量子微分隐私之间改进的关系,证明了该类别的强量子数据处理不等式(qDPI)。 我们进一步展示了轻柔量子 Neyman-Pearson 引理,表明我们的 qDPI 在小 $\alpha$情况下渐近最优。 此不等式被用来证明,对于量子层析和量子态认证,在指定精度 $\epsilon$下所需的量子态数量阶数为 $1/(\epsilon^2 \alpha^2)$。 最后,我们提出一种称为量子标签切换的 $\alpha-$LGM,它达到了这些界限。 将其转化为任意二元测量的$\alpha-$LGM 是一种通用的可实现方法。
摘要: Gentle measurements of quantum states do not entirely collapse the initial state. Instead, they provide a post-measurement state at a prescribed trace distance $\alpha$ from the initial state together with a random variable used for quantum learning of the initial state. We introduce here the class of $\alpha-$locally-gentle measurements ($\alpha-$LGM) on a finite dimensional quantum system which are product measurements on product states and prove a strong quantum Data-Processing Inequality (qDPI) on this class using an improved relation between gentleness and quantum differential privacy. We further show a gentle quantum Neyman-Pearson lemma which implies that our qDPI is asymptotically optimal (for small $\alpha$). This inequality is employed to show that the necessary number of quantum states for prescribed accuracy $\epsilon$ is of order $1/(\epsilon^2 \alpha^2)$ for both quantum tomography and quantum state certification. Finally, we propose an $\alpha-$LGM called quantum Label Switch that attains these bounds. It is a general implementable method to turn any two-outcome measurement into an $\alpha-$LGM.
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 统计理论 (math.ST); 机器学习 (stat.ML)
MSC 类: 81P15 (Primary), 68P27 (Secondary)
引用方式: arXiv:2505.24587 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2505.24587v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.24587
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Henning Stein [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 5 月 30 日 13:34:11 UTC (180 KB)
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