L'ensemble combiné des procédures et opérations qui créent un état quantique désiré (préparation d'état) puis le sondent pour produire des résultats de mesure classiques (mesure) ; couramment abrégé SPAM lorsqu'on les considère ensemble.

Principe

La préparation d'état et la mesure constituent les conditions aux limites d'une expérience : la préparation définit la distribution d'entrée d'états quantiques et la mesure projette ou échantillonne cette distribution pour produire des données ; les erreurs à l'une ou l'autre étape embrouillent la caractérisation des processus intermédiaires.

Démonstration

En benchmarking de portes, préparer les états de la base computationnelle avec des impulsions calibrées (préparation), appliquer la séquence de portes, puis effectuer une lecture simple et une binarisation (mesure). Les erreurs SPAM apparaissent comme des décalages dans les courbes de référence du randomized benchmarking ou comme des biais en tomographie.

Mauvaise application

Supposer que seules les portes sont sources d'erreurs et négliger les contributions SPAM lors de l'interprétation de reconstructions tomographiques ou de fidélités de processus ; ajuster des modèles qui traitent les états préparés et les opérateurs de mesure comme idéaux alors qu'ils ne le sont pas.

Conséquence

Prendre explicitement en compte SPAM permet d'attribuer correctement l'infidélité observée aux portes versus aux opérations d'état/mesure, autorise l'utilisation de protocoles robustes à SPAM et améliore les estimations de fidélité pour les seuils de correction d'erreurs.

Inversion

Si préparation et mesure sont parfaites, les écarts observés reflètent uniquement la dynamique intermédiaire (portes, bruit) ; inversement, un mauvais SPAM peut masquer complètement ou imiter des erreurs de porte et des dynamiques.

Limite

Le concept SPAM couvre les actions qui ont lieu avant et après le processus d'intérêt (impulsions d'initialisation, remise à zéro d'état, électronique de lecture, assignation). Il exclut les erreurs survenant strictement pendant le processus testé (par exemple des erreurs de contrôle cohérent à l'intérieur d'une porte) sauf si ces erreurs influencent les statistiques de préparation/mesure.

Tension sémantique

Il existe une tension entre les méthodes qui cherchent à caractériser séparément SPAM (tomographie des préparations et des POVM) et celles qui évitent la sensibilité à SPAM (protocoles produisant des grandeurs non sensibles à SPAM) ; chaque approche échange exhaustivité contre robustesse.

Synthèse

Préparation et mesure d'état définissent ensemble comment l'information quantique est injectée et extraite d'une expérience ; elles sont indissociables de l'interprétation des données et doivent être caractérisées ou atténuées pour tirer des conclusions fiables sur les opérations quantiques intermédiaires.