論文の概要: Quantum Skyrmions in general quantum channels: topological noise rejection and the discretization of quantum information

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.23789v1
• Date: Thu, 31 Oct 2024 10:15:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-01 17:00:07.491840
• Title: Quantum Skyrmions in general quantum channels: topological noise rejection and the discretization of quantum information
• Title（参考訳）: 一般量子チャネルにおける量子スカイミオン--トポロジカルノイズの拒絶と量子情報の離散化
• Authors: Robert de Mello Koch, Bo-Qiang Lu, Pedro Ornelas, Isaac Nape, Andrew Forbes,
• Abstract要約: 2つの絡み合った光子の純粋な状態の位相を利用して量子情報の離散化を行う。 このようなトポロジカル波動関数の特定の形式を利用するノイズモデルを開発する。 両光子に影響を及ぼすノイズは、偏光状態の光子のみに影響を及ぼす位置依存摂動として再キャストできることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The topology of a pure state of two entangled photons is leveraged to provide a discretization of quantum information. Since discrete signals are inherently more resilient to the effects of perturbations, this discrete class of entanglement observables may offer an advantage against noise. Establishing this is the primary objective of this paper. We develop a noise model that exploits the specific form of such topological wave functions - an entangled state of two photons with one in an orbital angular momentum state and the other in a polarization state. We show that noise affecting both photons can be recast as a position-dependent perturbation affecting only the photon in the polarization state. This approach allows us to utilize both the language and concepts used in studying noisy qubits, as well as recent advances in quantum polarimetry. By adding noise to a finite-dimensional Hilbert space of polarization states, we can describe the noise using quantum operations expressed through appropriate Krauss operators, whose structure is determined by quantum polarimetry. For non-depolarizing noise, we provide an argument based on homotopic maps that demonstrates the topology's resilience to noise. For depolarizing noise, numerical studies using the quantum channel description show that the discrete entanglement signal remains completely resilient. Finally, we identify sources of local noise that can destabilize the topology. This foundational work establishes a framework for understanding how topology enhances the resilience of quantum information, directly impacting the distribution of information through entanglement in noisy environments, such as quantum computers and quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 2つの絡み合った光子の純粋な状態の位相を利用して量子情報の離散化を行う。 離散信号は摂動の影響に対して本質的により弾力性があるので、この離散的な絡み合い観測器はノイズに対して有利である。 これを確立することが本論文の主要な目的である。 このような位相波関数の特定の形式(軌道角運動量状態と偏光状態の2つの光子の絡み合った状態)を利用するノイズモデルを開発する。 両光子に影響を及ぼすノイズは、偏光状態の光子のみに影響を及ぼす位置依存摂動として再キャスト可能であることを示す。 このアプローチにより、ノイズ量子ビットの研究に使用される言語と概念の両方を利用できるだけでなく、近年の量子偏光度測定の進歩も利用できる。 偏極状態の有限次元ヒルベルト空間に雑音を加えることで、適切なクラウス作用素によって表現される量子演算を用いてノイズを記述することができ、その構造は量子偏光度によって決定される。 非偏極雑音に対しては、位相の雑音に対するレジリエンスを示すホモトピー写像に基づく議論を提供する。 分極ノイズについて、量子チャネル記述を用いた数値的研究により、離散的絡み合い信号は完全に弾力性があることが示されている。 最後に、トポロジを不安定化できる局所雑音源を同定する。 この基礎研究は、トポロジーが量子情報のレジリエンスを高める方法を理解するための枠組みを確立し、量子コンピュータや量子ネットワークのようなノイズの多い環境での絡み合いを通じて情報の分布に直接影響を与える。

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