混合预测量子反馈:将量子比特寿命延长至超越怀斯曼-米尔本极限

幅值阻尼通过不可逆地将能量和信息泄露到环境中,从根本上限制了量子比特的寿命。标准的Wiseman-Milburn反馈控制[WANG2001221]仅能带来有限改善,因其仅作用于单个测量正交分量且校正驱动受环路延迟影响。该研究团队提出了一种紧凑型混合升级方案,包含两大核心组件:(i) 一个相干耦合的辅助量子比特,实时接收零差测量电流并通过量子相干反馈作用于系统,可从双场正交分量中恢复信息,其衰减速率经特殊设计远快于主系统;(ii) 一个轻量级监督预测器,能预报近期零差电流信号,通过相位校准校正量以克服硬件延迟。基于Lindblad主方程的理论分析给出了闭合形式的等效衰减率:辅助量子比特可将发射通道抑制与协同因子相当的程度,而预测器能根据预报质量进一步压制残余衰减。采用IBM级参数(基准T1=50μs),数值模拟结果突破W-M极限,实现T1寿命延长约3-4倍,同时提升粒子数保持率与积分能量。该方法具有模块化特性且与硬件兼容:辅助比特耦合与监督预测机制可无缝集成至现有W-M环路,将泄露信息转化为精确的、具有时间前瞻性的校正驱动。该工作还包含面向初学者的详细推导,分别阐明辅助量子比特与预测增强反馈对等效衰减率的影响机制,使每个设计要素的作用通过解析方式清晰呈现。

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提交arXiv: 2025-11-15 09:45

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