論文の概要: Quantum Zeno Effect applied to amplitude damping on a general pointer
basis
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.05843v1
- Date: Wed, 12 Apr 2023 13:18:11 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-13 15:03:23.495139
- Title: Quantum Zeno Effect applied to amplitude damping on a general pointer
basis
- Title（参考訳）: 振幅減衰に対する量子ゼノ効果の一般ポインターベースへの応用
- Authors: Guilherme Zambon, Diogo O. Soares-Pinto
- Abstract要約: 物理量子ビット上の古典的な情報のビットを1つの計算ステップで保存する確率を解析する。
現実的な量子計算を行うには、情報が環境に連続的に失われている場合、その情報を何らかの形でシステムに呼び戻さなければならないことを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Developing protocols for preserving information in quantum systems is a
central quest for implementing realistic quantum computation. However, many of
the most promising approaches to this problem rely on hypotheses that may not
reflect practical physical scenarios, like knowing the exact dynamics of the
qubit-environment system or being able to store an informational qubit in
multiple physical qubits. Here, we step away from these usual assumptions and
analyze the probability of successfully storing a classical bit of information
on a physical qubit during a single computational step, both for the case in
which the qubit evolves freely and also when it is subject to a sequence of
repeated measurements. The setup consists of a qubit coupled to a heat bath at
finite temperature, whose dynamics is given by a generalized amplitude damping
channel in a pointer basis that does not necessarily coincide with the
computational basis of the qubit. We first show that requiring the dynamics to
be Markovian implies an exponential decay of the pointer basis' populations.
Then, we obtain the success probability as function of time and angle
$\theta_0$ between the initial state of the qubit and the ground state of the
pointer basis. Finally, we calculate these probabilities for the Zeno effective
dynamics and show that they are never larger than those for the free evolution,
implying that a repeated measurements protocol cannot improve the probability
of a successful storage in our model. This last result indicates that to
perform realistic quantum computation, when information is being continuously
lost to the environment, the information must be somehow driven back into the
system, highlighting this as the core feature of any technique that aims at
reducing noise in open quantum systems.
- Abstract（参考訳）: 量子システムにおける情報保存のためのプロトコルの開発は、現実的な量子計算を実装するための中心的な探求である。
しかしながら、この問題に対する最も有望なアプローチの多くは、キュービット環境システムの正確なダイナミクスを知ることや、複数の物理キュービットに情報キュービットを格納できることなど、実際の物理的シナリオを反映しない仮説に依存している。
ここでは, 従来の仮定から一歩離れて, 物理キュービットの古典ビットを単一の計算ステップで保存する確率を解析し, キュービットが自由に進化する場合と繰り返し測定される場合の両方について解析する。
この設定は、有限温度のヒートバスに結合したキュービットであり、その力学は、量子ビットの計算基底と必ずしも一致しないポインタ基底において、一般化された振幅減衰チャネルによって与えられる。
まず、動力学をマルコフアンとする必要性は、ポインター基底の集団の指数的崩壊を意味することを示す。
そして、その成功確率を時間と角度の関数として、キュービットの初期状態とポインタ基底の基底状態の間の$\theta_0$を得る。
最後に,これらの確率をゼノ有効動力学の確率として計算し,自由発展の確率よりも大きくはならないことを示した。
この最後の結果は、情報が連続的に環境に失われているとき、実際の量子計算を行うには、情報を何らかの形でシステムに戻さなければならないことを示し、オープン量子システムにおけるノイズを減らすことを目的としたあらゆる技術の中核的な特徴として強調する。
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