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量子物理

arXiv:1510.02619v2 (quant-ph)
[提交于 2015年10月9日 (v1) ,最后修订 2018年1月8日 (此版本, v2)]

标题: 多量子比特 Clifford 群是三设计

标题: Multiqubit Clifford groups are unitary 3-designs

Authors:Huangjun Zhu
摘要: 酉算符 $t$-设计是许多研究领域中的通用工具,包括随机基准测试、量子过程层析成像和 scrambing。 尽管许多研究人员付出了巨大努力,但关于酉算符 $t$-设计的文献中知之甚少,其中 $t\geq3$。 我们证明了任意偶数幂维度上的多量子比特 Clifford 群不仅是一个酉算符 2-设计,还是一个 3-设计。 此外,除了维度为 4 的情况外,它是最小的 3-设计。 作为直接结果,多量子比特 Clifford 群的任何纯态轨道都构成一个复射影 3-设计;特别是,稳定子态集合构成一个 3-设计。 此外,我们的研究有助于研究 Clifford 群的更高矩,这些矩在从量子信息科学到信号处理的许多研究领域中非常有用。 此外,我们揭示了酉算符 3-设计与离散相空间物理之间的令人惊讶的联系,并因此简单地解释了为什么没有离散 Wigner 函数相对于多量子比特 Clifford 群具有协变性,这对研究量子计算具有内在兴趣。
摘要: Unitary $t$-designs are a ubiquitous tool in many research areas, including randomized benchmarking, quantum process tomography, and scrambling. Despite the intensive efforts of many researchers, little is known about unitary $t$-designs with $t\geq3$ in the literature. We show that the multiqubit Clifford group in any even prime-power dimension is not only a unitary 2-design, but also a 3-design. Moreover, it is a minimal 3-design except for dimension~4. As an immediate consequence, any orbit of pure states of the multiqubit Clifford group forms a complex projective 3-design; in particular, the set of stabilizer states forms a 3-design. In addition, our study is helpful to studying higher moments of the Clifford group, which are useful in many research areas ranging from quantum information science to signal processing. Furthermore, we reveal a surprising connection between unitary 3-designs and the physics of discrete phase spaces and thereby offer a simple explanation of why no discrete Wigner function is covariant with respect to the multiqubit Clifford group, which is of intrinsic interest to studying quantum computation.
评论: 7页,发表于Phys. Rev. A
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 数学物理 (math-ph)
引用方式: arXiv:1510.02619 [quant-ph]
  (或者 arXiv:1510.02619v2 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1510.02619
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Phys. Rev. A 96, 062336 (2017)
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.96.062336
链接到相关资源的 DOI

提交历史

来自: Huangjun Zhu [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2015 年 10 月 9 日 10:33:18 UTC (16 KB)
[v2] 星期一, 2018 年 1 月 8 日 11:13:39 UTC (20 KB)
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