选择性与高效的量子过程层析

本文详细描述并推广了一种量子过程层析方法，该方法曾在 [A. Bendersky, F. Pastawski, J. P. Paz, Physical Review Letters 100, 190403 (2008)] 中提出。该方法能够高效估计量子过程 $\chi$ 矩阵的任意元素。这些元素作为实验结果的平均值进行估计，其精度由实验重复次数决定。实现该方法所需的资源随系统量子比特数呈多项式增长。无需任何辅助量子比特即可高效估计 $\chi$ 矩阵的所有对角元素。而估计所有非对角元素则需要一个额外的清洁量子比特。本文详细描述了该方法的关键思想，即基于对构成 2-设计的态集进行随机采样的高效估计。文中明确展示了制备和检测此类态的高效方法。