The classical shadows protocol, recently introduced by Huang, Kueng, and Preskill [Nat. Phys. 16, 1050 (2020)], is a quantum-classical protocol to estimate properties of an unknown quantum state. Unlike full quantum state tomography, the protocol can be implemented on near-term quantum hardware and requires few quantum measurements to make many predictions with a high success probability. In this paper, we study the effects of noise on the classical shadows protocol. In particular, we consider the scenario in which the quantum circuits involved in the protocol are subject to various known noise channels and derive an analytical upper bound for the sample complexity in terms of a shadow seminorm for both local and global noise. Additionally, by modifying the classical post-processing step of the noiseless protocol, we define a new estimator that remains unbiased in the presence of noise. As applications, we show that our results can be used to prove rigorous sample complexity upper bounds in the cases of depolarizing noise and amplitude damping.


翻译:古典影子协议最近由黄、桂和普雷斯奇(Nat. Phys. 16, 1050 (2020))推出,这是一个量子古典协议,用来估计未知量子状态的特性。与完整的量子状态摄影不同,协议可以在近期量子硬件上实施,需要很少量度测量才能做出许多成功概率高的预测。在本文中,我们研究了噪音对古典影子协议的影响。特别是,我们考虑了协议所涉及的量子电路受各种已知噪声频道影响的情景,并用本地和全球噪音的影子半温来分析样本复杂性。此外,通过修改无噪音协议的经典后处理步骤,我们定义了在噪音存在的情况下仍然不偏不倚的新估计者。作为应用,我们展示的结果可以用来证明在噪音和扰动性扰动中严格的样本复杂性上限。

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