論文の概要: Exploring Noisy Quantum Thermodynamical Processes via the Depolarizing-Channel Approximation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.16317v1
- Date: Thu, 22 Jan 2026 20:52:58 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-26 14:27:27.405296
- Title: Exploring Noisy Quantum Thermodynamical Processes via the Depolarizing-Channel Approximation
- Title（参考訳）: 脱分極チャネル近似によるノイズ量子力学過程の探索
- Authors: Jian Li, Xiaoyang Wang, Marcus Huber, Nicolai Friis, Pharnam Bakhshinezhad,
- Abstract要約: グローバルな分極チャネルを用いてゲート依存雑音の累積効果を近似する一般フレームワークを提案する。
ノイズの存在下での冷却限界を解析的に導出する。
このアプローチは、ノイズの多い量子熱力学過程を探索するための新しい道を開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.480868309845137
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Noise and errors are unavoidable in any realistic quantum process, including processes designed to reduce noise and errors in the first place. In particular, quantum thermodynamical protocols for cooling can be significantly affected, potentially altering both their performance and efficiency. Analytically characterizing the impact of such errors becomes increasingly challenging as the system size grows, particularly in deep quantum circuits where noise can accumulate in complex ways. To address this, we introduce a general framework for approximating the cumulative effect of gate-dependent noise using a global depolarizing channel. We specify the regime in which this approximation provides a reliable description of the noisy dynamics. Applying our framework to the thermodynamical two-sort algorithmic cooling (TSAC) protocol, we analytically derive its asymptotic cooling limit in the presence of noise. Using the cooling limit, the optimal cooling performance is achieved by a finite number of qubits--distinguished from the conventional noiseless TSAC protocol by an infinite number of qubits--and fundamental bounds on the achievable ground-state population are derived. This approach opens new avenues for exploring noisy quantum thermodynamical processes.
- Abstract（参考訳）: ノイズとエラーは、そもそもノイズとエラーを減らすように設計されたプロセスを含む、現実的な量子プロセスでは避けられない。
特に、冷却のための量子熱力学プロトコルは、その性能と効率の両方を変える可能性がある。
このようなエラーの影響を解析的に特徴付けることは、特にノイズが複雑な方法で蓄積されるディープ量子回路において、システムのサイズが大きくなるにつれてますます困難になる。
そこで我々は,グローバルな分極チャネルを用いてゲート依存雑音の累積効果を近似する一般フレームワークを提案する。
我々は、この近似が雑音力学の信頼できる記述を提供する仕組みを規定する。
熱力学的二種アルゴリズム冷却 (TSAC) プロトコルに我々の枠組みを適用し, ノイズの存在下での漸近冷却限界を解析的に導出する。
冷却限界を用いて、従来のノイズレスTSACプロトコルと無限個の量子ビットで区別される有限個の量子ビットにより最適冷却性能が達成され、達成可能な基底状態の集団に対する基礎的境界が導出される。
このアプローチは、ノイズの多い量子熱力学過程を探索するための新しい道を開く。
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