Reconstructing a quantum state with a variational autoencoder

自编码 量子纠缠 量子位元 量子层析成像 量子态 忠诚 量子 计算机科学 量子信息 量子力学 统计物理学 物理 深度学习 人工智能 电信
作者
Chuangtao Chen,Zhimin He,Zhiming Huang,Haozhen Situ
出处
期刊:International Journal of Quantum Information [World Scientific]
卷期号:19 (08) 被引量:3
标识
DOI:10.1142/s0219749921400050
摘要

Quantum state tomography (QST) is an important and challenging task in the field of quantum information, which has attracted a lot of attentions in recent years. Machine learning models can provide a classical representation of the quantum state after trained on the measurement outcomes, which are part of effective techniques to solve QST problem. In this work, we use a variational autoencoder (VAE) to learn the measurement distribution of two quantum states generated by MPS circuits. We first consider the Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ) state which can be generated by a simple MPS circuit. Simulation results show that a VAE can reconstruct 3- to 8-qubit GHZ states with a high fidelity, i.e., 0.99, and is robust to depolarizing noise. The minimum number ([Formula: see text]) of training samples required to reconstruct the GHZ state up to 0.99 fidelity scales approximately linearly with the number of qubits ([Formula: see text]). However, for the quantum state generated by a complex MPS circuit, [Formula: see text] increases exponentially with [Formula: see text], especially for the quantum state with high entanglement entropy.
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