量子物理
[提交于 2025年6月13日
(v1)
,最后修订 2025年6月21日 (此版本, v2)]
标题: 一种关于泡利层析的随机矩阵理论
标题: A Random Matrix Theory of Pauli Tomography
摘要: 量子态层析(QST),即从对所述态的多个副本进行重复测量中重建未知量子态 $\hat\rho$ 的过程,在量子计算和模拟的背景下是一个基础性的重要任务。 因此,对 QST 重建中的误差 $\Delta\hat\rho = \hat\rho-\hat\rho^\prime$ 和重建 $\hat\rho^\prime$ 的详细表征对于量子理论和实验具有明显的重要性。 在本工作中,我们开发了信息完备基下状态层析的完全随机矩阵理论(RMT)处理方法;并通过这样做,揭示了 QST 误差 $\Delta\hat\rho$ 与高斯酉系综(GUE)之间的深刻联系。 通过利用这一联系,我们证明了 $\Delta\hat\rho$ 的谱的广泛类别的函数可以通过将适当 GUE 的样本替换为 $\Delta\hat\rho$ 的实现来评估。 这一强大且灵活的结果使得可以通过迹距离 $\|\Delta\hat\rho\|_\mathrm{Tr}$ 来量化误差的均值和方差的简单解析处理成为可能(我们对常见的层析协议进行了数值验证),允许我们推导出 QST 样本复杂度的界限,并随后证明该界限在最常用的重新物理化过程中不会发生变化。 这些结果共同展示了我们方法的灵活性、强度和广泛应用性;并为未来更广泛的 RMT 处理 QST 的研究奠定了基础。
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