The task of testing whether two uncharacterized quantum devices behave in the same way is crucial for benchmarking near-term quantum computers and quantum simulators, but has so far remained open for continuous-variable quantum systems. In this Letter, we develop a machine learning algorithm for comparing unknown continuous variable states using limited and noisy data. The algorithm works on non-Gaussian quantum states for which similarity testing could not be achieved with previous techniques. Our approach is based on a convolutional neural network that assesses the similarity of quantum states based on a lower-dimensional state representation built from measurement data. The network can be trained offline with classically simulated data from a fiducial set of states sharing structural similarities with the states to be tested, or with experimental data generated by measurements on the fiducial states, or with a combination of simulated and experimental data. We test the performance of the model on noisy cat states and states generated by arbitrary selective number-dependent phase gates. Our network can also be applied to the problem of comparing continuous variable states across different experimental platforms, with different sets of achievable measurements, and to the problem of experimentally testing whether two states are equivalent up to Gaussian unitary transformations.


翻译:在近期量子计算和量子模拟中,测试两个未被表征的量子设备是否具有相似行为是非常重要的任务,但一直未能在连续变量的量子系统中实现。在本文中,我们开发了一种机器学习算法,通过有限的和噪声的数据来比较未知的连续变量态。该算法适用于非高斯量子态,这些量子态之前的技术无法实现相似度测试。我们的方法基于卷积神经网络,它根据从测量数据构建的较低维状态表示来评估量子态的相似度。可以使用来自与待测试的状态共享结构相似的信标状态的经典模拟数据,或通过对信标状态的测量产生的实验数据,或者以模拟和实验数据的组合来离线训练网络。我们在噪声猫态和通过任意选择的数相关相位门生成的态上测试模型的性能。我们的网络也可以应用于跨不同实验平台比较连续变量状态,具有可实现的不同测量集,以及实验性地测试是否两个状态在高斯酉变换下等价。

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