摘要 - 由于量子信息对噪声的敏感性信息如何,量子信息系统的实验实现将很困难。克服这种灵敏度对于设计能够在大距离内可靠地传输量子信息的量子网络至关重要。此外,表征量子网络中通信噪声的能力对于开发能够克服量子网络中噪声影响的网络协议至关重要。在这种情况下,量子网络断层扫描是指通过端到端测量在量子网络中的表征。在这项工作中,我们提出了由由单个非平凡的Pauli操作员进行的量子通道形成的量子星网网络的网络层析成像协议。我们的结果进一步进一步,通过引入分别设计状态分布和测量值的层析成像协议,进一步量子翼型星网络的端到端表征。我们基于先前定义的量子网络层析成像协议,并为恒星中的位叉概率独特表征提供了新的方法。我们基于量子Fisher信息矩阵引入了理论基准,以比较量子网络协议的效率。我们将技术应用于提出的协议,并对量子网络层析成像的纠缠潜在好处进行初步分析。此外,我们使用NetSquid模拟协议,以评估特定参数制度获得的估计量的收敛性。我们的发现表明,协议的效率取决于参数值,并激励搜索自适应量子网络层析成像协议。
然而,在任意低温下制备给定哈密顿量的吉布斯态并非易事 39,人们提出了各种方法,包括经典方法和量子方法 40–43,以在某些特定条件下制备吉布斯态。其中一些技术包括基于量子拒绝采样 44 、动力学模拟 45,46 和降维 47 的算法,但实现这些方法的量子资源开销成本非常高,因此不适合在近期的量子设备上执行。为了在 NISQ 设备中找到量子算法的应用,底层量子电路应该是浅的,具有较低的电路深度和较少的量子比特数。变分量子算法 (VQA) 48 就是这样一类遵循基于变分原理的启发式方法的混合量子经典算法,由于它们在具有浅量子电路的 NISQ 设备上实现,近年来 49–54 非常流行。为了使用 VQA 在 NISQ 设备上准备量子吉布斯态,已经提出了几种方法。55–60 在这项工作中,我们采用了 Wang 等人的方法。39 其中,在量子电路上准备吉布斯态的损失函数涉及熵的泰勒级数截断,并且已被证明可以为给定的汉密尔顿量准备保真度超过 99% 的吉布斯态。系统的物理汉密尔顿量是未知的,实际上在此协议中是不必要的。人们只能访问任意一组厄米算子的期望值。原则上,使用形式主义可以生成与这种任意甚至不完整的平均测量集一致的最小偏差量子态,但在本报告中,我们使用 IC 集进行测试和验证,希望能够提供用于采样的未知纯量子态的近乎精确的重建。这是通过构建一个厄米矩阵 H 来实现的,该矩阵由拉格朗日乘数参数化。后者充当吉布斯态的代理汉密尔顿量,吉布斯态代表量子系统状态的断层扫描重建。本文提出的混合量子-经典断层扫描协议涉及浅参数化量子电路的应用,可在当前到近期的量子硬件上进行实验实现。这本身就比某些其他断层扫描协议 11-14 更有优势,因为经过优化,状态可以直接在量子
图 3:对于范围从 2 到 6 的量子比特,该图显示了在每一步优化中使用重建的量子态获得的 Hermitian 算子的 IC 集的真实期望值和生成的期望值之间的时期数的函数即均方误差 (MSE) 损失。
1 Fraunhofer Cluster of Excellence Programmable Materials, 79108 Freiburg im Breisgau, Germany 2 Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM, 79108 Freiburg im Breisgau, Germany 3 Lightweight Systems, Saarland University, 66123 Saarbrucken, Germany 4 Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS, 91058德国Erlangen 5 Fraunhofer机床和成立技术IWU研究所,德累斯顿,德累斯顿,6弗劳恩霍夫非造成的测试研究所IZFP IZFP,66123,德国萨尔布鲁肯,德国 *通信 *通信:); sarah。fincher@izfp.fraunhofer.de(s.c.l.f.)†当前地址:Deggendorf理工学院应用计算机科学学院,德国Deggendorf 94469。‡当前地址:复杂材料研究所,莱布尼兹·伊夫·德累斯顿(Leibniz ifw Dresden),德国德累斯顿(Dresden),德国。
手稿于2023年6月19日收到;修订于2023年6月26日; 2023年6月27日接受。出版日期; 2023年6月28日;当前版本的日期2023年7月18日。这项工作得到了美国能源部(Los Alamos报告编号LA-ur-22-32994)的部分支持,合同89233218CNA000001。根据20190043dr奖,洛斯阿拉莫斯国家实验室的实验室指导研究与开发计划(LDRD)计划的支持。Reeju Pokharel的工作得到了Grant Doe-NNSA的能源部国家核安全部门的动态材料物业运动的支持。Daniel J. Rutstrom的工作得到了DOE-NNSA的部分支持,该公司通过核科学和安全联盟颁发的DE-NA-0003 180奖和DE-NA-0003996奖和核能办公室,核能办公室,综合大学计划研究生奖学金。C. L. Morris和Mariya Zhuravleva的工作得到了田纳西大学的核科学和安全财团的支持,该联盟颁发了DE-NA-0003 180奖和DE-NA-0003996奖。Anton S. tremsin的工作得到了美国能源/NNSA/DNN研发部的部分支持,部分以及劳伦斯·伯克利国家实验室的一部分是根据合同AC02-05CH11231所支持的。本文的较早版本是在第16届闪烁材料及其应用国际会议的特刊(SCINT22),9月19日至23日,2022年,美国新墨西哥州圣达菲[doi:10.48550/arxiv.2212.10322]。(通讯作者:Zhehui Wang。)数字对象标识符10.1109/tns.2023.3290826Christotoge Dujardin与LumièreMatièreInstitut,UMR5306,CNRS,CNRS,UniverséClaudeBernard Lyon1,69622法国Villebanne,法国(电子邮件:christophhe.dujardin@.fr)。 Paul Lecoq是瑞士CH-1211 Geneva的欧洲核研究组织(电子邮件:Paul.lecoq@cern.ch)。 Wei Liu和Daniel G. Robertson在AZ 85054的May Clinic(电子邮件:liu.wei@mayoyo.edu; robertson.daniel@mayo.edu)。 Charles L. Melcher,Daniel J. Rutstrom和Mariya Zhuravleva与材料科学与工程系一起,田纳西州诺克斯维尔,田纳西州诺克斯维尔大学,美国田纳西州37996(电子邮件:cmelcher@cmelcher@utk.edu; drk.edu; drk.edu; drk.edu; > > > >Christotoge Dujardin与LumièreMatièreInstitut,UMR5306,CNRS,CNRS,UniverséClaudeBernard Lyon1,69622法国Villebanne,法国(电子邮件:christophhe.dujardin@.fr)。Paul Lecoq是瑞士CH-1211 Geneva的欧洲核研究组织(电子邮件:Paul.lecoq@cern.ch)。 Wei Liu和Daniel G. Robertson在AZ 85054的May Clinic(电子邮件:liu.wei@mayoyo.edu; robertson.daniel@mayo.edu)。 Charles L. Melcher,Daniel J. Rutstrom和Mariya Zhuravleva与材料科学与工程系一起,田纳西州诺克斯维尔,田纳西州诺克斯维尔大学,美国田纳西州37996(电子邮件:cmelcher@cmelcher@utk.edu; drk.edu; drk.edu; drk.edu; > > >Paul Lecoq是瑞士CH-1211 Geneva的欧洲核研究组织(电子邮件:Paul.lecoq@cern.ch)。Wei Liu和Daniel G. Robertson在AZ 85054的May Clinic(电子邮件:liu.wei@mayoyo.edu; robertson.daniel@mayo.edu)。 Charles L. Melcher,Daniel J. Rutstrom和Mariya Zhuravleva与材料科学与工程系一起,田纳西州诺克斯维尔,田纳西州诺克斯维尔大学,美国田纳西州37996(电子邮件:cmelcher@cmelcher@utk.edu; drk.edu; drk.edu; drk.edu; > >Wei Liu和Daniel G. Robertson在AZ 85054的May Clinic(电子邮件:liu.wei@mayoyo.edu; robertson.daniel@mayo.edu)。Charles L. Melcher,Daniel J. Rutstrom和Mariya Zhuravleva与材料科学与工程系一起,田纳西州诺克斯维尔,田纳西州诺克斯维尔大学,美国田纳西州37996(电子邮件:cmelcher@cmelcher@utk.edu; drk.edu; drk.edu; drk.edu; >Charles L. Melcher,Daniel J. Rutstrom和Mariya Zhuravleva与材料科学与工程系一起,田纳西州诺克斯维尔,田纳西州诺克斯维尔大学,美国田纳西州37996(电子邮件:cmelcher@cmelcher@utk.edu; drk.edu; drk.edu; drk.edu;Mar Nikl曾在捷克科学学院的物理研究所,捷克共和国普拉格16200号(电子邮件:nikl@fzu.cz)。Anton S. Tremsin与加利福尼亚州伯克利分校的太空科学实验室一起,美国加利福尼亚州94720美国(电子邮件:astr@berkeley.edu)。本文中一个或多个数字的颜色版本可从https://doi.org/10.1109/tns.2023.3
格式:缩进:左:0厘米,悬挂:0.63 cm,编号 +级别:1 +编号样式:1、2、3,… +开始:6 +对齐:左 +对齐:0.63 cm +凹痕:1.27 cm
摘要 — 由于量子信息对噪声非常敏感,因此量子信息系统的实验实现将非常困难。克服这种敏感性对于设计能够可靠地在远距离传输量子信息的量子网络至关重要。此外,表征量子网络中通信噪声的能力对于开发能够克服量子网络噪声影响的网络协议至关重要。在这种情况下,量子网络断层扫描是指通过端到端测量来表征量子网络中的信道噪声。在这项工作中,我们提出了由单个非平凡泡利算子表征的量子信道形成的量子星型网络的网络断层扫描协议。我们的结果通过引入状态分布和测量分别设计的断层扫描协议,进一步提高了量子位翻转星型网络的端到端表征。我们以先前提出的量子网络断层扫描协议为基础,并提供了用于独特表征星型中位翻转概率的新方法。我们引入了一个基于量子费舍尔信息矩阵的理论基准来比较量子网络协议的效率。我们将我们的技术应用于所提出的协议,并对纠缠对量子网络断层扫描的潜在好处进行了初步分析。此外,我们使用 NetSquid 模拟所提出的协议,以评估针对特定参数范围获得的估计器的收敛特性。我们的研究结果表明,协议的效率取决于参数值,并激发了对自适应量子网络断层扫描协议的搜索。
小角度X射线张量层析成像和相关的广角X射线张量扫描仪是X射线成像技术,可以通过断层扫描重建扩展样品的各向异性散射密度。在以前的研究中,这些方法已用于成像样品,其中散射密度缓慢地取决于散射方向,通常对方向性进行建模,即质地,球形谐波扩展到'= 8或更低为止。这项研究研究了几种已建立的算法从小角度X射线张量断层扫描上的样品上的性能,其变化速度更快,这是散射方向的函数,并比较了它们的预期和达到的性能。使用具有已知纹理的AS绘制钢丝中的广角散射数据对各种算法进行了测试,以确定用于此类样品的张量断层扫描方法的可行性,并比较现有算法的性能。
摘要—在合成孔径雷达 (SAR) 干涉测量中,两个不同传感器位置之间的相位差用于估计地形地貌。虽然可以通过这种方式找到三维 (3-D) 表面表示,但在固定距离和方位角位置的高度方向上不同散射体的分布仍然未知。与此相反,断层扫描技术在高度方向上实现了真正的几何分辨能力,并为许多应用和反演问题带来了新的可能性。即使是由重叠和缩短效应引起的 SAR 图像中的误解也可以通过断层扫描处理来解决。本文首次展示了极化机载 SAR 断层扫描的成功实验实现。我们提出了针对多基线成像几何的断层成像孔径合成概念,并讨论了由有限数量的飞行轨迹引起的限制。我们提出了一种减少与成像位置的不规则和欠采样空间分布相关的高度模糊性的方法。最后,我们解决了极化机载 SAR 层析成像的实验要求,并展示了使用德国航空航天中心的实验 SAR(E-SAR)在德国上法芬霍芬附近试验场的 L 波段获取的多基线数据集的实验结果。