論文の概要: Investigating the effect of noise channels on the quality of unitary t-designs

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.13771v1
• Date: Fri, 25 Mar 2022 16:53:19 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-20 20:47:49.713271
• Title: Investigating the effect of noise channels on the quality of unitary t-designs
• Title（参考訳）: ユニタリt設計の品質に及ぼすノイズチャネルの影響の検討
• Authors: Conrad Strydom and Mark Tame
• Abstract要約: 単一量子t-設計の品質に及ぼすノイズチャネルの影響について検討する。 除分極雑音に対して、単調動作後にノイズチャネルを適用すると、効果的にチャネルを脱分極チャネルに変換することを示す。 また、ブロッホ球全体のノイズに対する感度のかなりの変化も明らかにした。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Unitary t-designs have a wide variety of applications in quantum information theory, such as quantum data encryption and randomised benchmarking. However, experimental realisations of t-designs are subject to noise. Here we investigate the effect of noise channels on the quality of single-qubit t-designs. The noise channels we study are bit flips, phase flips, bit and phase flips, phase damping, amplitude damping and depolarising noise. We consider two noise models: the first has noise applied before the t-design unitary operations, while the second has noise applied after the unitary operations. We show that for single qubits the 1-design is completely unaffected by an arbitrary noise channel, for both noise models, while numeric results obtained for the 2-, 3-, 4- and 5-design suggest that a 2t-design is significantly more sensitive to noise than a (2t-1)-design and that, with the exception of amplitude damping, a (2t+1)-design is as sensitive to noise as a 2t-design. Numeric results also reveal substantial variations in sensitivity to noise throughout the Bloch sphere. In particular, t-designs appear to be most sensitive to noise when acting on pure states and least sensitive to noise for the maximally mixed state. For depolarising noise, we show that our two noise models are equivalent, and for the other noise channels, numeric results suggest that applying a noise channel after the unitary operations effectively transforms the channel into a depolarising channel, an effect exploited in randomised benchmarking with 2-designs.
• Abstract（参考訳）: ユニタリt-設計は、量子データ暗号化やランダム化ベンチマークのような量子情報理論に幅広い応用がある。 しかし、t設計の実験的な実現にはノイズが伴う。 本稿では,シングルキュービットt設計の品質に及ぼすノイズチャネルの影響について検討する。 私たちが調査したノイズチャネルは、ビットフリップ、位相フリップ、ビットおよび位相フリップ、位相減衰、振幅減衰、非分極ノイズです。 2つのノイズモデルを考える: 1つはt-designのユニタリ演算の前にノイズを印加し、2つはユニタリ演算後にノイズを印加する。 2-, 3-, 4-, 5-設計で得られた数値結果から, 2t-設計は (2t-1)-設計よりもノイズにかなり敏感であり, 振幅減衰を除いて, (2t+1)-設計は (2t+1)-設計と同じくらいノイズに敏感であることが示唆された。 数値的な結果はブロッホ球面全体のノイズに対する感度の差も明らかにしている。 特に、t-設計は純状態に作用するときにノイズに最も敏感であり、最大混合状態のノイズに最も敏感である。 非分極化ノイズに対しては, 2つのノイズモデルが等価であることを示し, 他のノイズチャネルに対して, ユニタリ操作後のノイズチャネルを適用することで, チャネルを効果的に非分極化チャネルに変換することを数値的結果から示唆する。

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