量子计算机上的合成解缠区分

不同的监测或干预方案可以产生不同的条件随机量子轨迹,同时保持相同的非条件(系综平均)动力学。这就是给定Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad(GKSL)主方程解缠的本质:任何对条件状态呈线性函数的轨迹系综平均值完全由非条件密度矩阵决定,而在平均前应用非线性函数则可能产生超越平均演化的、依赖于解缠方案的结果。共振荧光就是典型范例——直接光电探测(跳跃/泊松过程)与外差或零差探测(扩散/维纳过程)定义了同一GKSL动力学的非等价解缠。在早期工作中,该团队证明了非线性轨迹平均可以区分此类解缠方案,但要在光学实验中观测该效应需要极高的实验精度。本文通过引入作用于单比特和双比特的量子电路合成解缠方案,将该思想移植到数字系统中。研究人员设计了两种解缠方案:投影测量解缠和随机酉“踢”解缠——二者共享相同的系综平均演化,却产生不同的非线性条件态统计特性。该工作基于IBM Quantum提供的超导量子比特硬件实现协议以获取轨迹层面信息。研究结果表明,轨迹间方差和系综平均冯·诺伊曼熵在理论和实验上均可区分解缠方案,而非条件态及对状态呈线性的系综平均期望值始终保持一致。这些成果以直观的方式证明:量子轨迹编码的测量反作用信息超越了非条件动力学所固定的范畴。

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提交arXiv: 2026-01-27 18:56

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