論文の概要: Quantum error correction under numerically exact open-quantum-system
dynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.07718v1
- Date: Thu, 15 Dec 2022 10:45:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-09 14:39:59.558379
- Title: Quantum error correction under numerically exact open-quantum-system
dynamics
- Title（参考訳）: 数値的完全開量子システムダイナミクスによる量子誤差補正
- Authors: Aravind Plathanam Babu, Tuure Orell, Vasilii Vadimov, Wallace
Teixeira, Mikko M\"ott\"onen, and Matti Silveri
- Abstract要約: 5ビット誤り訂正符号の性能解析には,数値的に正確な開量子系力学を用いる。
5量子ビットの量子エラー訂正符号は、超短絡と短絡による進化を含む全ての単一エラーを抑える。
本研究は,QECを単純な誤りモデルを超えて,数値的に正確な開量子系モデルを適用する方法である。
- 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 known quantum error-correcting codes are typically built on approximative
open-quantum-system models such as Born--Markov master equations. However, it
is an open question how such codes perform in actual physical systems that, to
some extent, necessarily exhibit phenomena beyond the limits of these models.
To this end, we employ numerically exact open-quantum-system dynamics to
analyze the performance of a five-qubit error correction code where each qubit
is coupled to its own bath. We first focus on the performance of a single error
correction cycle covering time scales beyond that of Born--Markov models.
Namely, we observe distinct power law behavior of the channel infidelity
$\propto t^{2a}$: $a\lesssim 2$ in the ultrashort times $t<3/\omega_{\rm c}$
and $a\approx 1/2$ in the short-time range $3/\omega_{\rm c}<t<30/\omega_{\rm
c}$, where $\omega_{\rm c}$ is the cutoff angular frequency of the bath.
Importantly, the five-qubit quantum-error correction code suppresses all single
errors, including those arising from the ultrashort and short-time evolution,
which are peculiar to the exact evolution. Interestingly, we demonstrate the
breaking points of the five-qubit error correction code and the Born--Markov
models for repeated error correction when the repetition rate exceeds
$2\pi/\omega$ or the coupling strength $\kappa \gtrsim 0.1 \omega$, where
$\omega$ is the angular frequency of the qubit. Our results pave the way for
applying numerically exact open-quantum-system models for the studies of QECs
beyond simple error models.
- Abstract（参考訳）: 既知の量子誤り訂正符号は通常、ボルン-マルコフマスター方程式のような近似的開量子系モデルに基づいて構築される。
しかし、そのような符号が実際の物理システムにおいてどのように機能するかは、ある程度は、必ずしもこれらのモデルの限界を超えた現象を示すものである。
この目的のために,各キュービットをそれぞれのバスに結合した5キュービット誤り訂正符号の性能解析に,数値的に正確なオープン量子系力学を用いる。
我々はまず,ボルン-マルコフモデル以上の時間スケールをカバーする単一誤差補正サイクルの性能に着目した。
すなわち、チャネルの不完全性である $\propto t^{2a}$: $a\lesssim 2$ in the ultra short times $t<3/\omega_{\rm c}$ and $a\approx 1/2$ in the short-time range $3/\omega_{\rm c}<t<30/\omega_{\rm c}$, ここで$\omega_{\rm c}$は浴槽の遮断角周波数である。
重要なことに、5量子ビットの量子エラー訂正符号は、正確な進化に特有の超短絡と短絡の進化から生じるエラーを含む全ての単一エラーを抑える。
興味深いことに、5ビット誤り訂正符号とボルン・マルコフモデルの繰り返し誤り訂正のためのブレークポイントを、繰り返し回数が2.\pi/\omega$を超える場合または結合強度$\kappa \gtrsim 0.1 \omega$で示し、ここでは$\omega$はキュービットの角周波数である。
本研究は,QECを単純な誤りモデルを超えて,数値的に正確な開量子系モデルを適用する方法である。
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