論文の概要: Impact of Temporally Correlated Dephasing Noise on the Fidelity of the 2-Qubit Deutsch-Jozsa Algorithm

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.05509v1
• Date: Thu, 05 Jun 2025 18:48:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-09 17:28:43.199057
• Title: Impact of Temporally Correlated Dephasing Noise on the Fidelity of the 2-Qubit Deutsch-Jozsa Algorithm
• Title（参考訳）: 2-Qubit Deutsch-Jozsa アルゴリズムの忠実度に及ぼす時間的相関音の影響
• Authors: Souvik Ghosh,
• Abstract要約: 量子系のノイズはしばしば時間的相関を示し、非マルコフ力学に繋がる。 本稿では,時間相関雑音が2ビットDeutsch-Jozsaアルゴリズムの忠実度に与える影響について検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.76146285961466
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Understanding the influence of realistic noise on quantum algorithms is paramount for the advancement of quantum computation. While often modeled as Markovian, environmental noise in quantum systems frequently exhibits temporal correlations, leading to non-Markovian dynamics that can significantly alter algorithmic performance. This paper investigates the impact of temporally correlated dephasing noise, modeled by the Ornstein-Uhlenbeck (OU) process, on the fidelity of the 2-qubit Deutsch-Jozsa algorithm. We perform numerical simulations using Qiskit, systematically varying the noise strength ($\sigma_{\text{OU}}$) and correlation time ($\tau_c$) of the OU process. Our results demonstrate that the algorithm's fidelity exhibits a non-monotonic dependence on $\tau_c$, particularly at higher noise strengths, with certain intermediate correlation times proving more detrimental than others. We find that a standard Markovian dephasing model, matched to the single-step error variance of the OU process, accurately predicts fidelity only in the limit of very short correlation times. For longer correlation times, the Markovian approximation often overestimates the algorithm's fidelity, failing to capture the complex error dynamics introduced by the noise memory. These findings highlight the necessity of incorporating non-Markovian characteristics for accurate performance assessment of quantum algorithms on near-term devices and underscore the limitations of simpler, memoryless noise models.
• Abstract（参考訳）: 量子アルゴリズムにおける現実的なノイズの影響を理解することは、量子計算の進歩にとって最重要である。 しばしばマルコフアンとしてモデル化されるが、量子系の環境ノイズはしばしば時間的相関を示し、アルゴリズムの性能を著しく変化させる非マルコフ力学に繋がる。 本論文では,Ornstein-Uhlenbeck (OU) 法でモデル化された時間相関型デファーシングノイズが2-qubit Deutsch-Jozsaアルゴリズムの忠実性に及ぼす影響について検討する。 我々はQiskitを用いて数値シミュレーションを行い、OUプロセスの雑音強度(\sigma_{\text{OU}}$)と相関時間(\tau_c$)を体系的に変化させる。 以上の結果から,このアルゴリズムの忠実度は,特に高雑音強度において,非単調な依存性を示すことが明らかとなった。 我々は,OUプロセスの単一ステップ誤差分散と一致した標準的なマルコフ的格付けモデルが,非常に短い相関時間の範囲内でのみ忠実さを正確に予測することを発見した。 長い相関時間の間、マルコフ近似はしばしばアルゴリズムの忠実さを過大評価し、ノイズメモリによって導入された複雑なエラーダイナミクスを捉えなかった。 これらの知見は、短期デバイス上での量子アルゴリズムの正確な性能評価に、非マルコフ的特性を取り入れることの必要性を強調し、単純でメモリレスなノイズモデルの限界を浮き彫りにする。

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