催化相干放大用于量子态恢复:理论、数值验证及与传统纠错方法的对比
该研究团队提出催化量子纠错协议(CQEC),这是一种基于催化协变变换中相干性任意放大的量子态恢复方案。与传统量子纠错不同,CQEC需要已知目标态和多个噪声副本,但无需误差阈值即可运行:只要目标态的相干模式包含在噪声态的模式中(模式包含),无论噪声强度如何,恢复都能成功。可重复使用的催化态介导该转化过程,其约化态在每个循环后都能精确保持(关联催化)。 该工作通过数值模拟验证了CQEC在四种量子算法——qDRIFT、量子Kolmogorov-Arnold网络、无控制相位估计和Regev因数分解——以及树张量网络密码协议中的有效性,测试场景涵盖退相位、退极化及其复合噪声。在渐进(无限副本)极限下,CQEC能从保真度F=0.07的状态成功恢复至F>0.999的已知算法输出态(测试200种配置);在有限副本数n条件下,保真度差距按1-F≤O(1/√n)比例缩小。研究团队将CQEC与Steane码和表面码在各自不同操作假设下进行对比,结果表明相干资源理论可作为量子态恢复的互补性理论基础。

