The purpose of quantum process tomography is to make a robust quantum computation. For the achievement of this aim, it is necessary to estimate an experimental quantum process and compare it with an ideal unitary operation quantitatively. We propose a scheme for quantum process tomography with arbitrary number of ancilla. In this scheme, $2^{2(n-m)}$ experiments are required for n qubits process tomography with m ancilla. Thus, for implementing controlled-NOT gate using two qubits and one ancilla, four experiments are required. We can gain the advantage that the optimal number of experiments and ancilla can be employed for process tomography. In addition, with entangled initial states, our experiment implemented in nuclear magnetic resonance shows an example in the quantum parallelism of entanglement.
우리의 실험은 연산을 수행하는데 필요한 큐빗의 수보다 더 적은 수의 보조의 큐빗을 이용하여 Quantum Process Tomography를 한다. 보조의 큐빗의 수가 연산에 쓰이는 큐빗의 수와 같거나 더 많은 경우의 실험은 이미 보고되었으므로 이번 실험은 보조의 큐빗의 사용에 대한 일반화 작업으로 볼 수 있다. 그리고 보조의 큐빗을 이용한 Controlled-NOT 연산의 Quantum Process Tomography는 양자 병렬 처리를 하므로 보조의 큐빗을 이용하지 않은 경우보다 더 적은 횟수의 실험을 요구한다는 이점이 있다. 실제 실험에서는 핵자기 공명을 이용해서 두 개의 큐빗과 한 개의 보조의 큐빗을 쓴 경우이므로 16번의 실험을 4번의 실험으로 줄였다. 우리의 실험 결과를 통해서 실험에 가장 적합한 조건으로 연산에 쓰이는 큐빗의 수에 따라서 보조의 큐빗의 수를 조절할 수 있음을 알 수 있다.
