論文の概要: Decoherence Mitigation with Local NOT Gates in Multipartite Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.23556v1
- Date: Sun, 26 Apr 2026 06:32:55 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-28 17:12:07.430037
- Title: Decoherence Mitigation with Local NOT Gates in Multipartite Systems
- Title（参考訳）: マルチパーティイトシステムにおける局所NOTゲートによるデコヒーレンス低減
- Authors: Venkat Abhignan, Raghav Sundararaman, Shriram Pragash M, R. Srikanth, Ashutosh Singh,
- Abstract要約: 振幅減衰チャネル(ADC)下での$n=2,3,4$-qubit Bell型およびGHZ型状態の絡み合いダイナミクスについて検討する。
2$-qubit 状態の場合、標準 (Bennett) テレポーテーションプロトコルを分析する。
3ドルおよび4ドルの量子ビット状態において、制御量子テレポーテーション(CQT)をそれぞれ1つと2つの共振器で研究した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.076953181037131
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We study the entanglement dynamics of $n=2,3,4$-qubit Bell- and GHZ-type states under an amplitude-damping channel (ADC). We quantify multipartite entanglement using the genuine multipartite concurrence (GMC) and evaluate its utility through the optimal teleportation fidelity. For $2$-qubit states, we analyze the standard (Bennett) teleportation protocol. For $3$- and $4$-qubit states, we study controlled quantum teleportation (CQT) with one and two \emph{controllers}, respectively. Entanglement sudden death (ESD) denotes the abrupt, finite-time disappearance of entanglement caused by decoherence in contrast to asymptotic decay. To counteract ESD, we apply local NOT ($\hatσ_x$) operations on $m$ of the $n$ qubits ($m \leq n$) and derive analytic formulae, revealing that a single-NOT operation often suffices to alter ESD into asymptotic decay when handling GMC. In contrast, teleportation fidelity can decay more rapidly for single-NOT flipped states, whereas flipping all qubits is more useful for preserving teleportation fidelity in certain regimes, highlighting that the amount of entanglement alone does not guarantee teleportation utility. Remarkably, in the case of GHZ-type states, ADC-evolved mixed biseparable states can be exploited successfully in the CQT protocol. Further, using the GHZ-symmetric parametrization, we map the 2- and 3-qubit ADC-evolved mixed states onto a $(x,y)$ plane, revealing their SLOCC (Stochastic Local Operations and Classical Communication) entanglement classes. We also explicitly check the Bell-CHSH nonlocality hierarchy in the 2-qubit teleportation alongside localizable-entanglement diagnostics for 3-qubit CQT. Our results clarify the distinct roles of global versus localizable bipartite correlations and suggest simple, experimentally accessible unitary controls for preserving useful quantum resources in noisy channels.
- Abstract（参考訳）: 本研究では,振幅減衰チャネル (ADC) 下での$n=2,3,4$-qubit Bell-およびGHZ型状態の絡み合いのダイナミクスについて検討した。
実効マルチパーティ・コンカレンス(GMC)を用いてマルチパーティ・エンタングルメントを定量化し,その有効性を評価する。
2$-qubit 状態の場合、標準 (Bennett) テレポーテーションプロトコルを分析する。
制御量子テレポーテーション (CQT) は, 3 ドルおよび 4 ドルに対してそれぞれ 1 と 2 の 'emph{controllers} を用いて検討した。
絡み合い突然死(英語: Entanglement sudden death, ESD)は、漸近的崩壊とは対照的に、脱コヒーレンスによって引き起こされる絡み合いの突然の、有限時間の消失を意味する。
ESDに対処するために、$n$ qubits$m$のローカルNOT(\hatσ_x$)演算を適用し、解析式を導出し、単一のNOT演算が、GCCを扱う際にEDDを漸近減衰に変換するのに十分であることを示した。
対照的に、単一NOTフリップ状態において、テレポーテーションの忠実度はより急速に低下するが、全ての量子ビットをフリップすることは、特定の状態におけるテレポーテーションの忠実度を保存するのに有用であり、エンタングルメントの量だけではテレポーテーションユーティリティを保証していないことを強調している。
注目すべきは、GHZ型状態の場合、ADCに進化した混合二分性状態は、CQTプロトコルでうまく利用することができることである。
さらに, GHZ対称パラメトリゼーションを用いて, 2-および3-qubit ADC-evolved mixed state を$(x,y)$ plane にマッピングし, SLOCC (Stochastic Local Operations and Classical Communication) の絡み合いクラスを明らかにした。
また,3-qubit CQTの局所化診断とともに,2-qubit テレポーテーションにおける Bell-CHSH 非局所性階層を明示的に検証した。
以上の結果から,大域的・局所的な二部相関の異なる役割を解明し,ノイズチャネルで有用な量子資源を保存するための単純かつ実験的に利用可能なユニタリ制御を提案する。
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