在噪声操作下量化相干性到纠缠的转换效率

研究人员探究了在最小双量子比特协议中,由噪声限制的局部量子相干性向双粒子纠缠的转换过程。该协议包含一个相干的单量子比特输入、一个非相干的辅助比特、一个理想的CNOT操作以及随后的环境噪声。采用相干性的 \(l_1\) 范数和纠缠负性作为资源量化指标,该团队建立了在无噪声极限下,局部单量子比特输入相干性与生成的双量子比特纠缠之间的精确闭式对应关系,表明输出负性恰好是初始 \(l_1\) 相干性的一半。随后,该工作推导了在两种代表性噪声机制下:独立相位阻尼和全局双量子比特退极化噪声,幸存纠缠以及相应的相干性到纠缠转换效率的解析表达式。这两种信道表现出性质不同的退化行为。相位阻尼导致生成纠缠出现普遍的乘法抑制,产生与相干性无关的转换效率,且无有限噪声下的纠缠猝死。相反,全局退极化引入了各向同性的混合贡献,改变了部分转置谱,从而产生依赖于相干性的退化以及一个有限的猝死阈值。该研究表明,最大相干输入不仅最大化CNOT协议生成的纠缠,还优化了其对抗退极化噪声的鲁棒性。直接的密度矩阵模拟以数值精度验证了解析结果。这些发现为评估不同噪声机制如何在基础量子信息协议和近期量子器件中限制相干性到纠缠的转换,提供了一个紧凑的解析基准。
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提交arXiv: 2026-06-15 16:23

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