带置信区间的设备无关理想特性认证

在量子技术发展中，一种可靠地表征量子设备的方法至关重要。然而，基于例如量子态层析或过程层析的传统方法依赖于在现实实验环境中通常未必合理的假设。虽然针对此问题的设备无关方法通过仅做最少且合理的假设避开了上述缺点，但迄今为止大多数理论方案仅在假设独立同分布（i.i.d.）试验的理想化设定下才有效。在此，我们提供了一种不依赖于 i.i.d. 假设的、用于严格设备无关认证的通用解决方案。具体而言，我们描述了如何将为假设检验开发的基于预测比率（Prediction-Based-Ratio, PBR）协议和基于鞅的协议应用于当前情境，以实现带置信区间的设备无关理想特性认证。为说明这些方法的通用性，我们展示了如何利用它们，在有限数据下认证潜在的负性、希尔伯特空间维度、纠缠深度以及对某个目标纯态的保真度。特别地，我们给出了示例，展示了可认证的负性和保真度的量如何随试验次数变化，以及需要多少次实验试验来认证一个量子三态（qutrit）态空间或真正的三方纠缠的存在。总体而言，我们发现 PBR 协议和基于鞅的协议通常提供相似的性能，尽管前者确实需要预设一个见证算符。相比之下，我们的发现也表明，基于鞅的协议的性能可能严重受制于对见证算符的选择。有趣的是，一个对自测试有用的见证算符，未必能为认证对应目标态的保真度提供最优的置信增益率。