可编程开放量子系统

可编程性是通过固定处理器和程序状态实现量子变换族的一种统一范式,在量子计算与控制中具有基础性作用和广泛影响。尽管学界对开放系统的认知已从单纯视为误差源转向将其作为计算资源,但其可编程性仍亟待探索。该研究团队开发了一个框架,通过将物理可实现的检索映射与时变程序态相结合,对Lindblad半群的可编程性进行表征和量化。在此框架中,研究人员识别出由对称性和随机结构启发的量子可编程类别,包括协变半群和具有有限程序维度的完全耗散Pauli Lindblad算符。该工作进一步提出了物理可编程性的必要条件,排除了相干生成元和产生振幅阻尼的典型耗散子。针对这类非物理可编程情形,研究团队构建了具有有限资源的显式协议。最后,研究人员提出了一种操作性编程成本度量——通过编程Lindblad算符所需样本数定义,并建立了其核心结构特性(如连续性和忠实性)。这些成果为Lindblad算符提供了编程成本的量化标准,桥接了可编程通道理论与开放系统动力学,并为噪声量子技术中的半群模拟与控制产生了对称性驱动的压缩方案和可操作的资源估算。

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提交arXiv: 2025-12-09 06:22

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