采用序贯弱测量读取量子比特:信息提取的极限

量子信息处理与计算需要高精度的量子比特构型读出。在实际操作中,初始量子比特状态往往需要通过随时间变化的弱测量记录来推断。然而,测量方案与系统固有动力学的结合可能导致初始状态信息被扰乱并不可逆地丢失。该研究团队针对两种典型的单量子比特读出模型开展量子轨迹信息物理学研究:(i)模型I具有信息完备性但无固有动力学;(ii)模型II采用信息不完备的弱测量并包含固有动力学。研究人员首先利用互信息量化测量记录对初始态本征信息的编码程度,通过固定离散时间步长框架,系统计算了测量强度、记录时长及固有动力学相对强度变化时的互信息。该工作还揭示了弱测量极限下连续标度行为与随机主方程的涌现现象,通过测量效率参数的渐近展开式计算互信息,其解析结果与数值数据在定性和定量层面均高度吻合。信息提取的极限表现为互信息平台期,该分析不仅确定了这些极限,还给出了达到饱和所需的最优测量时长。这些成果既可为量子器件操作优化提供指导,也可能提升当前含噪声中等规模量子(NISQ)实验中量子比特/多比特构型读出的机器学习方法性能。
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提交arXiv: 2025-12-16 16:50

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