論文の概要: Discrete and Continuous Wigner Functions in Open Quantum Systems: Non-Markovian and Thermodynamic Effects

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.29717v1
• Date: Thu, 28 May 2026 10:13:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-30 02:45:56.177667
• Title: Discrete and Continuous Wigner Functions in Open Quantum Systems: Non-Markovian and Thermodynamic Effects
• Title（参考訳）: 開量子系における離散的かつ連続的なウィグナー関数:非マルコフ的および熱力学的効果
• Authors: Jai Lalita,
• Abstract要約: 理論は、有限次元量子系の非古典的資源をどのように特定し、特徴付けし、保護するかを検討することを目的としている。 負の量子状態を導入し、そのウィグナー負性、マナ、コヒーレンス、テレポーテーションの忠実度がユニタリチャネルと非ユニタリチャネルの下でどのように進化するかを検討する。 本稿では,2ビットの負の量子状態の1つをリソースとして利用するテレポーテーション方式を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The central aim of the thesis is to examine how non-classical resources in finite-dimensional quantum systems can be identified, characterized, and protected for practical use in the presence of realistic noise. Using the discrete Wigner functions (DWFs) framework, we introduce negative quantum states and examine how their Wigner negativity, mana, coherence, and teleportation fidelity evolve under unital and non-unital channels, with particular attention to non-Markovian random-telegraph and amplitude-damping dynamics. We also analyze protection strategies based on weak measurement and quantum measurement reversal, showing that these methods can enhance quantum correlations, reduce fidelity deviation, and improve teleportation performance for two-qubit negative states in memory-bearing environments. Moreover, we demonstrate that certain negative states, derived from phase-space point operators, exhibit greater resilience than Bell states in measures of entanglement under non-Markovian noise. Further, this thesis focuses on developing and implementing quantum circuits for generating these states on superconducting hardware and realizing them for the first time on IBM's ibm-Brisbane device. Their preparation is verified using quantum state tomography, demonstrating high fidelity under realistic noise conditions. We propose a teleportation scheme that leverages one of the two-qubit negative quantum states as a resource. Moreover, these two-qubit negative quantum states are also found to perform better than the Bell states for maximal CHSH violation and Fisher information in noisy conditions. We believe that these negative quantum states have the potential to be used in place of the traditional Bell states in scenarios where non-Markovian errors are prevalent. (continued in the PDF)
• Abstract（参考訳）: この論文の中心的な目的は、有限次元量子系の非古典的資源を、現実的なノイズの存在下での実践的使用のために識別し、特徴付け、保護する方法を検討することである。 離散ウィグナー関数(DWF)フレームワークを用いて、負の量子状態を導入し、そのウィグナー負性、マナ、コヒーレンス、テレポーテーションの忠実度がユニタリチャネルと非ユニタリチャネルの下でどのように進化するかを考察する。 また、弱い測定と量子測度逆転に基づく保護戦略を解析し、これらの手法が量子相関を向上し、フィデリティの偏差を低減し、2ビット負状態のメモリ環境におけるテレポーテーション性能を向上させることを示した。 さらに、位相空間の点演算子から導かれる負の状態は、非マルコフ雑音下での絡み合いの測定においてベル状態よりも強いレジリエンスを示す。 さらに、この論文は超伝導ハードウェア上でこれらの状態を生成し、IBMのibm-Brisbaneデバイスで初めて実現するための量子回路の開発と実装に焦点を当てている。 それらの準備は量子状態トモグラフィーを用いて検証され、現実的な雑音条件下で高い忠実さを示す。 本稿では,2ビットの負の量子状態の1つをリソースとして利用するテレポーテーション方式を提案する。 さらに、これらの2量子ビット負の量子状態は、雑音条件下での最大CHSH違反とフィッシャー情報に対してベル状態よりも優れた性能を示す。 我々は、これらの負の量子状態は、非マルコフ誤差が一般的であるシナリオにおいて、従来のベル状態の代わりに使われる可能性があると考えている。 (PDFで継続)

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