論文の概要: Bath Dynamical Decoupling with a Quantum Channel

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.18514v1
• Date: Fri, 27 Sep 2024 07:47:52 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-06 05:52:22.661102
• Title: Bath Dynamical Decoupling with a Quantum Channel
• Title（参考訳）: 量子チャネルを用いたバス動的デカップリング
• Authors: Alexander Hahn, Kazuya Yuasa, Daniel Burgarth,
• Abstract要約: 量子チャネルを用いて繰り返しキックに対する動的デカップリングの概念を一般化する。 浴槽の動的疎結合は,キックがエルゴディックである場合にのみ有効である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Bang-bang dynamical decoupling protects an open quantum system from decoherence due to its interaction with the surrounding bath/environment. In its standard form, this is achieved by strongly kicking the system with cycles of unitary operations, which average out the interaction Hamiltonian. In this paper, we generalize the notion of dynamical decoupling to repeated kicks with a quantum channel. This procedure is physically motivated by applying these CPTP kicks to the bath. We derive necessary and sufficient conditions on the employed quantum channel and find that bath dynamical decoupling works if and only if the kick is ergodic. Furthermore, we study in which circumstances CPTP kicks on a mono-partite quantum system induce quantum Zeno dynamics with its Hamiltonian cancelled out. This does not require the ergodicity of the kicks, and the absence of decoherence-free subsystems is both necessary and sufficient. While the standard unitary dynamical decoupling is essentially the same as the quantum Zeno dynamics, our investigation implies that this is not true any more in the case of CPTP kicks. To derive our results, we prove some spectral properties of ergodic quantum channels, that might be of independent interest. Our approach establishes an enhanced and unified mathematical understanding of several recent experimental demonstrations and might form the basis of new dynamical decoupling schemes that harness environmental noise degrees of freedom.
• Abstract（参考訳）: バンバンバンの動的疎結合は、周囲の浴場や環境との相互作用により、オープン量子系が脱コヒーレンスから保護される。 標準的な形式では、これはハミルトニアン相互作用を平均化するユニタリ演算のサイクルでシステムを強く蹴り上げることで達成される。 本稿では,量子チャネルを用いた繰り返しキックに対する動的デカップリングの概念を一般化する。 この手順は、これらのCPTPキックを風呂に当てることによって物理的に動機づけられる。 使用した量子チャネル上で必要十分な条件を導出し,キックがエルゴディックである場合にのみ,浴槽の動的疎結合が有効であることを示す。 さらに、CPTPがモノパーティ量子系を起動する状況において、ハミルトニアンをキャンセルした量子ゼノダイナミクスを誘導する。 これはキックのエルゴディディティを必要とせず、デコヒーレンスのないサブシステムが欠如していることは必要かつ十分である。 標準ユニタリな動的疎結合は本質的に量子ゼノダイナミクスと同一であるが、CPTPのキックの場合、このことはもはや真実ではないことを示唆している。 この結果を導出するために、エルゴード量子チャネルのスペクトル特性を証明した。 提案手法は,最近の実験実験の強化と統一された数学的理解を確立し,環境騒音の自由度を生かした新しい動的疎結合スキームの基礎となる可能性がある。

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