非马尔可夫量子门集层析

构建量子器件需要可靠地表征量子系统，包括量子比特、量子操作（亦称仪器）以及量子噪声。近年来，量子门集层析(GST)已成为一种自洽描述量子态、量子门和测量的强有力技术。然而，量子系统与环境之间的非马尔可夫关联会影响GST的可靠性。为此，我们提出了一种用于非马尔可夫GST的自洽操作框架，称为仪器集层析(IST)。基于随机量子过程，仪器集描述了仪器以及系统-环境(SE)关联。我们引入线性反演IST (LIST)来描述不带物理约束的仪器和SE关联，并检测到了仪器间线性关系的失调。此外，我们提出了一种基于最大似然估计、带可调维度的物理约束统计方法MLE-IST。通过调整模型和约束，MLE-IST在适配含噪声中等规模量子(NISQ)器件等不同类型器件时表现出显著的灵活性。实验结果表明了同时描述仪器和SE关联的有效性与必要性。值得注意的是，真实芯片实验表明，相对于马尔可夫阶数呈多项式数量的参数足以表征当前NISQ器件中的非马尔可夫量子噪声。因此，IST为从仪器集角度表征、基准测试以及开发量子器件提供了一个必要且自洽的框架。