論文の概要: Non-Markovianity induced by Pauli-twirling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.08464v1
• Date: Mon, 09 Feb 2026 10:13:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-10 20:26:25.163604
• Title: Non-Markovianity induced by Pauli-twirling
• Title（参考訳）: Pauli-twirling による非マルコフ性
• Authors: Joris Kattemölle, Balázs Gulácsi, Guido Burkard,
• Abstract要約: マルコビアン性に対するパウリ・ツイリングの影響について検討する。 マルコフ量子チャネルは、パウリ・ツイリングの後、しばしば非マルコフ量子チャネルとなることを示す。
• 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: Noise forms a central obstacle to effective quantum information processing. Recent experimental advances have enabled the tailoring of noise properties through Pauli twirling, transforming arbitrary noise channels into Pauli channels. This underpins theoretical descriptions of fault-tolerant quantum computation and forms an essential tool in noise characterization and error mitigation. Pauli-Lindblad channels have been introduced to aptly parameterize quasi-local Pauli errors across a quantum register, excluding negative Pauli-Lindblad parameters relying on the Markovianity of the underlying noise processes. We point out that caution is required when parameterizing channels as Pauli-Lindblad channels with nonnegative parameters. For this, we study the effects of Pauli twirling on Markovianity. We use the notion of Markovianity of a channel (rather than that of an entire semigroup) and prove a general Pauli channel is non-Markovian if and only if at least one of its Pauli-Lindblad parameters is negative. Using this, we show that Markovian quantum channels often become non-Markovian after Pauli twirling. The Pauli-twirling induced non-Markovianity necessitates the use of negative Pauli-Lindblad parameters for a correct noise description in experimentally realistic scenarios. An important example is the implementation of the $\sqrt{X}$-gate under standard Markovian noise. As such, our results have direct implications for quantum error mitigation protocols that rely on accurate noise characterization.
• Abstract（参考訳）: ノイズは効果的な量子情報処理の中心的な障害となる。 最近の実験的進歩により、パウリの旋回によるノイズ特性の調整が可能となり、任意のノイズチャネルをパウリのチャネルに変換することができる。 このことは、フォールトトレラント量子計算の理論的な記述を支え、ノイズ特性とエラー軽減に不可欠なツールを形成する。 Pauli-Lindbladチャネルは、基礎となるノイズ過程のマルコビアン性に依存する負のPauli-Lindbladパラメータを除いて、量子レジスタ全体で準局所的なPauliエラーを適切にパラメータ化するために導入された。 非負のパラメータを持つPauli-Lindbladチャネルとしてチャネルをパラメータ化する場合、注意が必要であると指摘する。 本研究では,パウリ・ツイリングがマルコビアン性に及ぼす影響について検討する。 チャネルのマルコビアン性(英語版)(Markovianity)の概念を使い(半群のそれではなく)、一般のパウリチャネルが非マルコビアンであることを証明する。 これを用いて、パウリ・ツイリングの後、マルコフ量子チャネルはしばしば非マルコフ量子チャネルとなることを示す。 パウリ・ツイリングによって誘導される非マルコビアン性は、実験的に現実的なシナリオにおいて正しいノイズ記述のために負のパウリ・リンドブラッドパラメータを使用する必要がある。 重要な例として、標準的なマルコフ雑音の下での$\sqrt{X}$-gateの実装がある。 このような結果から, 正確なノイズ特性に依存する量子誤り低減プロトコルの直接的影響が示唆された。

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