論文の概要: Hybrid Predictive Quantum Feedback: Extending Qubit Lifetimes Beyond the Wiseman-Milburn Limit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.13774v1
• Date: Sat, 15 Nov 2025 09:45:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-19 16:23:52.708181
• Title: Hybrid Predictive Quantum Feedback: Extending Qubit Lifetimes Beyond the Wiseman-Milburn Limit
• Title（参考訳）: ハイブリッドな量子フィードバック:Wiseman-Milburn限界を超えてビットライフタイムを延ばす
• Authors: Ali Abu-Nada, Aryan Iliat, Russell Ceballo,
• Abstract要約: 振幅減衰は、エネルギーと情報を環境に不可逆的に漏らすことによって、基本的に量子ビット寿命を制限する。 Standard Wiseman--Milburnのフィードバックは、単一の測定クアチュアに作用し、その補正ドライブがループ遅延によって劣化するため、わずかに改善されている。 i) ホモダイン電流を受信し、そのシステム上でエンファンタムをコヒーレントにフィードバックするコヒーレント結合型エンファンシラ量子ビット。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Amplitude damping fundamentally limits qubit lifetimes by irreversibly leaking energy and information into the environment. Standard Wiseman--Milburn feedback offers only modest improvement because it acts on a single measured quadrature and its corrective drive is degraded by loop delay. We introduce a compact hybrid upgrade with two components: (i) a coherently coupled \emph{ancilla} qubit that receives the homodyne current and feeds back \emph{quantum-coherently} on the system, recovering information from \emph{both} field quadratures and intentionally engineered to decay much faster than the system; and (ii) a lightweight supervised predictor that forecasts the near-future homodyne current, phase-aligning the correction to overcome hardware latency. A Lindblad treatment yields closed-form effective decay rates: the ancilla suppresses the emission channel by a cooperativity factor, while the predictor further suppresses the residual decay in proportion to forecast quality. Using IBM-scale parameters (baseline \(T_1 = 50~μ\mathrm{s}\)), numerical simulations surpass the W--M limit, achieving \(\sim 3\!-\!4\times\) longer \(T_1\) together with improved population retention and integrated energy. The method is modular and hardware-compatible: ancilla coupling and supervised prediction can be added to existing W--M loops to convert leaked information into a precise, time-advanced corrective drive. We also include a detailed, student-friendly derivation of the effective rates for both ancilla-assisted and prediction-enhanced feedback, making the impact of each design element analytically transparent.
• Abstract（参考訳）: 振幅減衰は、エネルギーと情報を環境に不可逆的に漏らすことによって、基本的に量子ビット寿命を制限する。 Standard Wiseman--Milburnのフィードバックは、単一の測定クアチュアに作用し、その補正ドライブがループ遅延によって劣化するため、わずかに改善されている。 2つのコンポーネントを持つコンパクトなハイブリッドアップグレードを導入します。 i) ホモダイン電流を受け取り、システム上で \emph{quantum-coherently} を供給し、 \emph{both} 場から情報を回収し、システムよりもはるかに早く崩壊するように意図的に設計したコヒーレント結合 \emph{ancilla} qubit (II) 近未来のホモダイン電流を予測し, ハードウェア遅延を克服するための補正を段階的に調整する軽量教師付き予測器。 リンドブラッド処理は閉形式の有効崩壊率をもたらし、アンシラは協調係数によって放出チャネルを抑制し、予測器は予測品質に比例して残留崩壊をさらに抑制する。 IBMスケールのパラメータ(ベースライン \(T_1 = 50~μ\mathrm{s}\))を用いて、数値シミュレーションはW-M限界を超え、 \(\sim 3\! -\! 4\times\) より長い \(T_1\) が得られた。 アンシラ結合と教師付き予測を既存のW-Mループに追加することで、漏洩した情報を正確な時間短縮補正ドライブに変換することができる。 また,アシラ支援と予測強化の両方のフィードバックに対して,学生に親しみやすい効果率の詳細な導出を行い,各デザイン要素の影響を解析的に透明にする。

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