Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > quant-ph > arXiv:2409.03435

帮助 | 高级搜索

量子物理

arXiv:2409.03435 (quant-ph)
[提交于 2024年9月5日 (v1) ,最后修订 2024年11月27日 (此版本, v2)]

标题: 通过密集双基直接测量密度矩阵

标题: Direct Measurement of Density Matrices via Dense Dual Bases

Authors:Yu Wang, Hanru Jiang, Yongxiang Liu, Keren Li
摘要: 高效理解量子系统根本上依赖于可观测量的选择。 泡利可观测量和相互无偏基(MUBs)在实践中被广泛使用,并通常被视为量子态层析成像(QST)的理论最优选择。 然而,泡利可观测量需要大量测量来进行全态层析成像,并且无法用固定数量的可观测量直接测量密度矩阵元素。 对于MUBs,所有维度中完整集合的\(d+1\)基的存在性仍未解决,突显了需要替代的可观测量。 在本工作中,我们引入了密集对偶基(DDB),一种新的\(2d\)可观测量集,专门设计用于完全表征任何\(d\)维量子态。 这些可观测量提供了两个关键优势。 首先,它们无需辅助系统即可直接测量密度矩阵元素,仅使用三个选定的可观测量即可提取任何元素。 其次,对于未知的秩为\(r\)的密度矩阵——除了一个可以忽略的子集之外——可以使用\(O(r \log d)\)个可观测量实现QST,显著提高了测量效率。 至于电路实现,每个可观测量是迭代生成的,并且可以高效地分解为\(O(n^4)\)个基本门,用于\(n\)量子比特系统。 这些进展使DDB成为传统方法的实用且可扩展的替代方案,为提高量子系统表征的效率和可扩展性提供了有前景的机会。
摘要: Efficient understanding of a quantum system fundamentally relies on the selection of observables. Pauli observables and mutually unbiased bases (MUBs) are widely used in practice and are often regarded as theoretically optimal for quantum state tomography (QST). However, Pauli observables require a large number of measurements for full-state tomography and do not permit direct measurement of density matrix elements with a constant number of observables. For MUBs, the existence of complete sets of \(d+1\) bases in all dimensions remains unresolved, highlighting the need for alternative observables. In this work, we introduce Dense Dual Bases (DDB), a novel set of \(2d\) observables specifically designed to enable the complete characterization of any \(d\)-dimensional quantum state. These observables offer two key advantages. First, they enable direct measurement of density matrix elements without auxiliary systems, allowing any element to be extracted using only three selected observables. Second, QST for unknown rank-\(r\) density matrices--excluding only a negligible subset--can be achieved with \(O(r \log d)\) observables, significantly improving measurement efficiency. As for circuit implementation, each observable is iteratively generated and can be efficiently decomposed into \(O(n^4)\) elementary gates for an \(n\)-qubit system. These advances establish DDB as a practical and scalable alternative to traditional methods, offering promising opportunities to advance the efficiency and scalability of quantum system characterization.
评论: 我们欢迎任何反馈和建议
主题: 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2409.03435 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2409.03435v2 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.03435
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Yu Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2024 年 9 月 5 日 11:36:54 UTC (3,113 KB)
[v2] 星期三, 2024 年 11 月 27 日 03:26:39 UTC (2,986 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • TeX 源代码
  • 其他格式
查看许可
当前浏览上下文:
quant-ph
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2024-09

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号