論文の概要: Recovery With Incomplete Knowledge: Fundamental Bounds on Real-Time Quantum Memories

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.04427v1
• Date: Mon, 8 Aug 2022 21:26:07 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-01 21:32:43.309348
• Title: Recovery With Incomplete Knowledge: Fundamental Bounds on Real-Time Quantum Memories
• Title（参考訳）: 不完全知識によるリカバリ:リアルタイム量子メモリの基本的境界
• Authors: Arshag Danageozian
• Abstract要約: 本稿では、オブザーバに基づく量子メモリ回復の性能に関する情報理論のバウンダリについて述べる。 下界への雑音パラメータの不完全な知識について,情報理論による特徴付けを行う。 後者は、様々なサイクルの誤りがまとまるので、不完全な知識が有利である可能性を示唆している。
• 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: The recovery of fragile quantum states from decoherence is the basis of building a quantum memory, with applications ranging from quantum communications to quantum computing. Many recovery techniques, such as quantum error correction (QEC), rely on the apriori knowledge of the environment noise parameter to achieve their best performance. However, such parameters are likely to drift in time in the context of implementing long-time quantum memories. This necessitates the use of a "spectator" system, which makes an estimate of the noise parameter in real time, then feeds the outcome back to the recovery protocol as a classical side-information. The memory qubits and the spectator system hence comprise the building blocks for a real-time (i.e. drift-adapting) quantum memory. In this article, I present information-theoretic bounds on the performance of such a spectator-based recovery. Using generalized distinguishability measures as a starting point, I show that there is a fundamental bound in the performance of any recovery operation, as a function of the entanglement fidelity of the overall dynamics. The lower bound for the diamond distance has a simple form, and a potentially broader range of applicability in quantum information. I provide information-theoretic characterizations of the incomplete knowledge of the noise parameter to the lower bound, using both diamond distance and quantum Fisher information. Finally, I provide fundamental bounds for multi-cycle recovery in the form of recurrence inequalities. The latter suggests that incomplete knowledge could be an advantage, as errors from various cycles can cohere. These results are illustrated for the approximate [4,1] code of the amplitude-damping channel and relations to various fields are discussed.
• Abstract（参考訳）: デコヒーレンスからの脆弱な量子状態の回復は、量子通信から量子コンピューティングまで幅広い応用を含む量子メモリの構築の基礎である。 量子誤差補正(QEC)のような多くのリカバリ技術は、最高の性能を達成するために環境ノイズパラメータのアプリオリ知識に依存している。 しかし、そのようなパラメータは、長期間の量子記憶を実装するという文脈で時間とともに漂う可能性が高い。 これは、ノイズパラメータをリアルタイムで推定する"スペクタ"システムの使用を必要とし、その結果を古典的なサイド情報としてリカバリプロトコルにフィードバックする。 したがって、メモリキュービットとオブザーバシステムは、リアルタイム(ドリフト適応)量子メモリのためのビルディングブロックを構成する。 本稿では,このようなオブザーバに基づくリカバリの性能に関する情報理論的境界について述べる。 一般化された識別可能性尺度を出発点として、全体ダイナミクスの絡み合い忠実性の関数として、任意のリカバリ操作の性能に基本的な境界が存在することを示す。 ダイヤモンド距離の低い境界は単純な形式であり、量子情報に適用可能な範囲が潜在的に広い。 ダイアモンド距離と量子フィッシャー情報の両方を用いて,雑音パラメータの不完全知識を下限まで情報理論的な特徴付けを行う。 最後に、繰り返し不等式という形で、多サイクルリカバリの基本的境界を提供する。 後者は、不完全な知識は様々なサイクルの誤りが共存するので、利点になり得ることを示唆する。 これらの結果は振幅減衰チャネルの[4,1] コードに対して説明され、様々な分野との関係について論じる。

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