开放系统中通过纠错框架实现抗噪声量子演化
该研究团队通过将量子纠错(QEC)编码显式嵌入微观系统-环境模型,分析了开放量子系统中的量子态保持问题。不同于抽象的量子通道方法,研究人员构建了与玻色热环境耦合的多量子比特寄存器,推导出描述约化动力学的二阶主方程,并以此评估五量子比特码、Steane码和环面码在局域噪声与集体噪声下的性能。通过计算逻辑量子比特的态保真度随耦合强度、环境温度和纠错周期数的变化关系,发现在低温区域,五量子比特码的重复纠错能显著抑制退相干和弛豫;而在高温区域,热激发主导系统动力学使得所有编码性能下降,但五量子比特码仍优于Steane码与环面码。针对两量子比特Werner态,该工作识别出量子纠错开始提升保真度的临界演化时间——该时间随纠缠度增加而延长,且纠错仅在此临界时间后才显现效果。对比分析进一步表明,在这些开放系统场景中,五量子比特码(最小完美编码)始终比拓扑编码与级联编码结构具有更高保真度。这些发现为现实噪声环境下的量子纠错评估建立了量化框架,并为近量子技术中抗噪声量子架构的开发提供了指导。
量科快讯
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