論文の概要: Channel-Constrained Markovian Quantum Diffusion Model from Open System Perspective

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.12221v1
• Date: Sat, 15 Nov 2025 13:52:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-18 14:36:23.683752
• Title: Channel-Constrained Markovian Quantum Diffusion Model from Open System Perspective
• Title（参考訳）: 開系から見たチャネル制約マルコフ量子拡散モデル
• Authors: Qin-Sheng Zhu, Geng Chen, Lian-Hui Yu, Xiaodong Xing, Xiao-Yu Li,
• Abstract要約: 本稿では,チャネル制約付きマルコフ量子拡散モデルを提案する。 我々のモデルは、前方拡散過程を量子マスター方程式を用いて自然デコヒーレンスと解釈する一方、逆デノナイズは逆量子チャネルを学習することによって達成される。 この研究は、量子拡散が制御されたマルコフ進化として特徴づけられることを確認し、環境相互作用はデコヒーレンスの源であるだけでなく、高忠実な量子状態合成を達成するためにも利用できることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.550541885221236
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a channel-constrained Markovian quantum diffusion (CCMQD) model that prepares quantum states by rigorously framing the generative process within the dynamics of open quantum systems. Our model interprets the forward diffusion process as natural decoherence using quantum master equations, whereas the reverse denoising is achieved by learning inverse quantum channels. Our core innovation is a comprehensive channel-constrained framework: we model the diffusion and denoising steps as quantum channels defined by Kraus operators, ensure their physical validity through optimization on the Stiefel manifold, and introduce tailored training strategies and loss functions that leverage this constrained structure for high-fidelity state reconstruction. Experimental validation on systems ranging from single qubits to entangled states $7$ -qubits demonstrates high-fidelity state generation, achieving fidelities exceeding $0.998$ under both random and depolarizing noise conditions. This work confirms that quantum diffusion can be characterized as a controlled Markov evolution, demonstrating that environmental interactions are not limited to being a source of decoherence but can also be utilized to achieve high-fidelity quantum state synthesis.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,開量子系の力学における生成過程を厳密にフレーミングすることにより,量子状態を生成するチャネル制約型マルコフ量子拡散(CCMQD)モデルを提案する。 我々のモデルは、前方拡散過程を量子マスター方程式を用いて自然デコヒーレンスと解釈する一方、逆デノナイズは逆量子チャネルを学習することによって達成される。 我々の中心となる革新は、包括的なチャネル制約付きフレームワークである:我々は、拡散とデノナイズステップをクラウス作用素によって定義された量子チャネルとしてモデル化し、スティフェル多様体の最適化を通じてそれらの物理的妥当性を確保し、高忠実な状態再構成のためにこの制約された構造を利用する調整されたトレーニング戦略と損失関数を導入する。 単一量子ビットから絡み合った状態までのシステムに対する実験的な検証は、7$-qubitsの高忠実性状態の生成を示し、ランダムおよび非偏極雑音条件下で0.998$を超える忠実性を達成する。 この研究は、量子拡散が制御されたマルコフ進化として特徴づけられることを確認し、環境相互作用はデコヒーレンスの源であるだけでなく、高忠実な量子状態合成を達成するためにも利用できることを示した。

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