論文の概要: Quantifying and Bounding Spatiotemporal Correlations in Quantum Noise

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.17870v1
• Date: Tue, 15 Sep 2026 21:52:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-20 08:55:53.55214
• Title: Quantifying and Bounding Spatiotemporal Correlations in Quantum Noise
• Title（参考訳）: 量子ノイズにおける時空間相関の定量化とバウンディング
• Abstract要約: 我々は、一般的な量子過程における時間的、探索的、および総相関を定量化する統一的な枠組みを開発する。 量子記憶によって伝達される時間的相関の上限を導出し、古典記憶のより厳密な境界を導出する。 これらの結果は、空間的時間的相関デバイスの特徴付けと対処のための実践的なアプローチへの道を開いた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Spatial and temporal correlations in quantum noise challenge the local Markovian models commonly used in quantum information processing. We develop a unified operational framework for quantifying temporal, spatial, and total spatiotemporal correlations in general quantum processes. Using process tensors, we define these quantities through optimal distinguishability from Markovian, spatially local, and fully uncorrelated processes. Optimization over admissible probing combs ensures monotonicity under every superprocess that preserves the corresponding free set, while Choi-state functionals and restricted probes provide accessible lower bounds. We establish hierarchy and interpolation relations among the correlation measures and derive dimension-dependent upper bounds on temporal correlations transmitted by quantum memories, with tighter bounds for classical memory, together with universal ceilings imposed by the system dimension. These bounds turn certified lower estimates into witnesses of minimum memory dimension, nonclassicality under a memory-dimension constraint, and inconsistencies in the assumed process model. We illustrate the results with effective superconducting-qubit models featuring \(ZZ\) and \(XY\) interactions, exhibiting saturation of classical-memory, quantum-memory, and system-dimension ceilings. These results pave the way toward practical approaches to characterizing and addressing spatiotemporally correlated errors in quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 量子ノイズにおける空間的および時間的相関は、量子情報処理で一般的に使用される局所マルコフモデルに挑戦する。 一般の量子過程における時間的・空間的・全時空間的相関を定量化するための統一的な運用フレームワークを開発する。 プロセステンソルを用いて、マルコフ的、空間的局所的、および完全に非相関なプロセスとの最適な識別可能性を通じてこれらの量を定義する。 許容可能なプローブコムの最適化は、対応する自由集合を保存するすべてのスーパープロセスにおいて単調性を保証するが、Choi状態函数と制限プローブはアクセス可能な下界を提供する。 相関測度間の階層構造と補間関係を確立し、量子メモリによって伝達される時間的相関の次元依存上界を導出し、古典記憶のより厳密な境界と、システム次元によって課される普遍的な天井を導出する。 これらの境界は、低い評価を最小メモリ次元、メモリ次元制約の下での非古典性、仮定されたプロセスモデルにおける矛盾の目撃者に変換する。 本稿では, 古典メモリ, 量子メモリ, システム次元天井の飽和を示す, \(ZZ\) と \(XY\) の相互作用を特徴とする実効超伝導量子ビットモデルを用いて実験を行った。 これらの結果は、量子デバイスにおける時空間相関誤差の特徴付けと対処のための実践的なアプローチへの道を開いた。

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