論文の概要: Scaling Laws of Quantum Information Lifetime in Monitored Quantum Dynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.22755v1
- Date: Sat, 28 Jun 2025 05:01:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-01 21:27:53.550303
- Title: Scaling Laws of Quantum Information Lifetime in Monitored Quantum Dynamics
- Title(参考訳): モニタリングされた量子ダイナミクスにおける量子情報ライフタイムのスケーリング法則
- Authors: Bingzhi Zhang, Fangjun Hu, Runzhe Mo, Tianyang Chen, Hakan E. Türeci, Quntao Zhuang,
- Abstract要約: 量子情報は、測定と環境結合において脆弱である。
その寿命は、中循環測定によって環境が継続的に監視されている場合、システムサイズと指数関数的にスケールできることが判明した。
浴室の監視がないと、寿命は著しく異なる。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 1.4702322244957413
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum information is typically fragile under measurement and environmental coupling. Remarkably, we find that its lifetime can scale exponentially with system size when the environment is continuously monitored via mid-circuit measurements -- regardless of bath size. Starting from a maximally entangled state with a reference, we analytically prove this exponential scaling for typical Haar random unitaries and confirm it through numerical simulations in both Haar-random and chaotic Hamiltonian systems. In the absence of bath monitoring, the lifetime exhibits a markedly different scaling: it grows at most linearly -- or remains constant -- with system size and decays inversely with bath size. We further extend our findings numerically to a broad class of initial states. We discuss implications for monitored quantum circuits in the weak measurement limit, quantum algorithms such as quantum diffusion models and quantum reservoir computing, and quantum communication. Finally, we evaluate the feasibility of resolving the predicted scaling regimes experimentally via noisy simulations of IBM Quantum hardwares.
- Abstract(参考訳): 量子情報は、通常、測定と環境の結合において脆弱である。
注目すべきは、その寿命は、浴槽の大きさに関わらず、中循環の計測によって環境が継続的に監視されているときに、システムサイズと指数関数的にスケールできることである。
基準付き最大絡み合った状態から始めて、典型的なハールランダムユニタリに対してこの指数的スケーリングを解析的に証明し、ハールランダムとカオスハミルトニアン系の数値シミュレーションによって確認する。
浴室の監視がないと、寿命は著しく異なるスケールを示し、最も直線的に、あるいは一定に成長し、システムのサイズと崩壊はバスのサイズと逆になる。
我々はこの結果をさらに幅広い初期状態に数値的に拡張する。
本稿では、弱い測定限界における量子回路の監視、量子拡散モデルや量子貯水池計算などの量子アルゴリズム、量子通信について論じる。
最後に,IBM Quantumハードウェアのノイズシミュレーションにより,予測スケーリング機構を実験的に解く可能性について検討した。
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