量子电路中的量子参考系:视角依赖的纠缠代价与相干性-纠缠权衡

量子参考系(QRF)的视角中立表述将观测者视为量子系统,并从复合系统内部以相对关系描述物理现象。尽管参考系变换映射和参考系不变的资源总量在理论上已被理解,但它们对基于电路的量子信息处理的影响仍基本未被探索。该研究团队将QRF变换表述为电路编译规则,并针对由正则表示描述的有限阿贝尔对称性系统,推导出一个门级操作词典——将某参考系中的局域操作映射至另一参考系中的对应操作。这产生了门操作的群论分类:与对称性对易的算子在相因子(取决于参考系)范围内保持局域性,而一般性门操作则被提升为以原参考系作为控制寄存器的受控纠缠操作。由此产生的依赖参考系的纠缠门数量定义了一种相对电路复杂度——计算成本取决于观测者的内部参考系。 该工作通过三量子比特模型实例化该框架,证明QRF酉变换可作为基于纯度的局域相干性与共生纠缠度之间的无损转换器,保持二者总量不变,从而具体实现了纠缠相对性。研究人员在IBM量子超导平台上实现了对应电路,通过完整量子态层析技术重构了资源在内部参考系间的重新分布。硬件数据重现了局域相干性向纠缠态的预测转化,而观测到的精确守恒偏差则量化了实际设备噪声对相对量子协议的影响。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-12-14 11:21

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