通过量子储层计算实现可逆信息转换:条件、协议与抗噪性

量子储层计算(QRC)利用固定的量子动力学和可训练的线性读出器处理时序数据,但由于序列量子态演化的递归非线性特性,其逆向变换——从储层输出重构输入——长期以来被认为不可实现。该研究团队提出了一种包含交叉密钥配对的四方程编解码协议,并通过构造性证明表明:满足全部四个方程的量子储层与密钥组合确实存在。采用具有10个数据量子位的完整XYZ哈密顿储层,该工作在不增加量子位数量的情况下将特征维度扩展至76,并在理想条件下实现了对长度不超过30的数据达到机器精度级重构(均方误差MSE∼10⁻¹⁷);同时明确了秩条件dim(V)≥N_c作为必要判据。通过对七种噪声条件和四种基准方法的系统性分析,揭示出清晰的噪声影响层级:散粒噪声占主导地位,退极化噪声产生中等影响,而采用非对称资源分配方案(编码阶段10次测量、解码阶段10⁵次测量)可通过利用加解密特征矩阵的非对称噪声角色,使MSE提升约两个数量级。在实际噪声环境下MSE退化至10⁻³–10⁻¹,表明实用化部署前需进行误差抑制,但该成果证实了QRC框架内双向可逆信息转换的可行性。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-02-23 10:47

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