量子设备中纯多量子比特态的涂层图方法估计

量子涂层图是一种通过对其施加重叠投影（每个投影后跟随对单个预定义基的投影测量）来估计未知纯量子态的方法。本文对此方法应用于电路式量子计算机中 n 比特态的估计进行了全面研究，包括数值仿真和在 IBM 超导量子处理器上的实验。中间投影通过对单个量子比特进行 Pauli 测量实现，从而将涂层图电路数目设为 $3n$（与标准 Paul tomography 的 $3^n$ 电路数目不同）；最终的计算基投影测量之前会施加量子傅里叶变换（QFT）。由于 QFT 电路的深度和两比特门数量较大，在噪声设备上不太适合，我们还测试了近似 QFT（AQFT）和可分离单位操作。使用 $2$ 级的 QFT 和 AQFT，我们在所有测试中均获得了高估计保真度，适用于最多 3 个和 4 个量子比特的可分离态和纠缠态；另一方面，在此场景下，可分离单位操作仅能对可分离态提供良好估计。我们的结果与文献中最新结果相当，并讨论了使涂层图方法在当前噪声设备上可扩展的其他方案。