論文の概要: Fundamental Costs of Noise-Robust Quantum Control: Speed Limits and Complexity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.07183v1
• Date: Wed, 08 Oct 2025 16:21:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-09 16:41:20.621825
• Title: Fundamental Costs of Noise-Robust Quantum Control: Speed Limits and Complexity
• Title（参考訳）: ノイズ・ロバスト量子制御の基本コスト:速度限界と複雑度
• Authors: Junkai Zeng, Xiu-Hao Deng,
• Abstract要約: ノイズは量子システムにおいてユビキタスであり、量子情報科学の発展の大きな障害である。 ノイズロバストな量子制御は進化経路をエンジニアリングすることで高忠実度動作を実現し、一階ノイズコントリビューションを最終段階でキャンセルする。 我々は、このオーバーヘッドを有界制御振幅の下で準静電コヒーレントノイズに対して定量化する制御複雑性の一般的な下界を導出する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Noise is ubiquitous in quantum systems and is a major obstacle for the advancement of quantum information science. Noise-robust quantum control achieves high-fidelity operations by engineering the evolution path so that first-order noise contributions cancel at the final time. Such dynamical error correction typically incurs a time overhead beyond standard quantum speed limits. We derive general lower bounds on control complexity that quantify this overhead for quasi-static coherent noise under bounded control amplitude. For a single noise source, we prove a universal time lower bound for first-order robustness and give a constructive scheme that implements any target gate robustly in time 4T plus a constant time. For robustness against an entire noise space, we show dimension lower bounds on the number M of segments in any mixed-unitary schedule from two mechanism: (i) a coherent dimension bound when the error subspace contains an irreducible block isomorphic to su(q), and (ii) a projection dimension bound when the noise space contains the trace-zero span of orthogonal projectors. Under bounded speed, these bounds on number of segments imply time lower bounds. With only local controls robust against noise space defined on a graph, we obtain a graph-orthogonality time bound scales linear with graph chromatic number. We illustrate the bounds through examples. Collectively, these results establish quantitative limitations on the feasibility of first-order noise-resilient operations.
• Abstract（参考訳）: ノイズは量子システムにおいてユビキタスであり、量子情報科学の発展の大きな障害である。 ノイズロバストな量子制御は進化経路をエンジニアリングすることで高忠実度動作を実現し、一階ノイズコントリビューションを最終段階でキャンセルする。 このような動的誤差補正は典型的には標準量子速度限界を超える時間オーバーヘッドを引き起こす。 我々は、このオーバーヘッドを有界制御振幅の下で準静電コヒーレントノイズに対して定量化する制御複雑性の一般的な下界を導出する。 1つのノイズ源に対して、1次ロバスト性に対する普遍時間下界を証明し、時間4Tと一定時間に任意のターゲットゲートをロバストに実装する構成スキームを与える。 ノイズ空間全体に対するロバスト性については、2つのメカニズムから任意の混合単位スケジュールにおけるセグメント数Mの次元下界を示す。 i) 誤差部分空間が su(q) に同型な既約ブロックを含むときのコヒーレント次元 (ii) 雑音空間が直交射影のトレースゼロスパンを含むときの射影次元 境界速度の下では、これらの境界はセグメントの個数で示される。 グラフ上の雑音空間に対して頑健な局所制御のみを用いて、グラフ色数で線形なグラフ直交時間境界スケールを得る。 例を通してその境界について説明する。 これらの結果から, 1次雑音耐性操作の実現可能性に関する定量的な限界が得られた。

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