論文の概要: Witness-based quantification of non-Markovianity without complete Choi state reconstruction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.36080v1
• Date: Mon, 28 Sep 2026 18:25:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-30 21:28:46.938744
• Title: Witness-based quantification of non-Markovianity without complete Choi state reconstruction
• Title（参考訳）: 完全Choi状態再構成を伴わない非マルコビアン性のウイットネスに基づく定量化
• Abstract要約: 非マルコビアン性の量子化は、開量子系の理論における基本的な問題である。 非マルコビアン性の定量化のための目撃者に基づく枠組みを開発する。 その結果,少数の実験相関測定結果から直接得られた証人値が得られた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantifying non-Markovianity is a fundamental problem in the theory of open quantum systems, as it is essential for exploiting environmental memory as a resource in quantum technologies. Existing resource-theoretic and operational quantifiers, however, generally require complete knowledge of the intermediate dynamical map and are therefore experimentally demanding. Here, we develop a witness-based framework for the quantification of non-Markovianity that bypasses complete reconstruction of the Choi state associated with the intermediate dynamical map. We first show that every non-Markovianity witness provides a certifiable lower bound on the geometric resource measure of non-Markovianity and identify the necessary and sufficient conditions under which this bound is tight. Motivated by the fact that non-positive-semidefinite witnesses are generally difficult to measure in real experimental scenario, we then focus on positive-semidefinite witnesses, which admit a natural implementation as positive operator valued measure (POVM) elements. We prove that every positive witness yields a certified lower bound on the Rivas--Huelga--Plenio (RHP) measure, thereby establishing a complete hierarchy connecting witness-based quantification, the RHP measure, and the geometric distance measure. Applying our framework to amplitude-damping and general Pauli dynamics, we find that the optimal positive witnesses reduce to simple Bell-parity projectors. Furthermore, we show that the resulting witness values can be obtained directly from a small number of experimentally accessible correlation measurements, thereby eliminating the need for complete Choi-state reconstruction and providing an efficient and experimentally feasible approach for the quantification of non-Markovianity in open quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 非マルコビアン性の定量化は、量子技術の資源として環境記憶を利用するのに不可欠であるため、オープン量子システム理論の基本的な問題である。 しかし、既存の資源理論および操作量化器は概して中間力学写像の完全な知識を必要とし、従って実験的に要求される。 ここでは、中間力学写像に付随するチェイ状態の完全再構成をバイパスする非マルコビアン性の定量化のための目撃者に基づく枠組みを開発する。 まず、すべての非マルコビアン性目撃者が、非マルコビアン性の幾何学的資源測度に証明可能な下界を提供し、この境界が厳密である必要十分条件を特定することを示します。 非正定値の証人が実実験シナリオで測定することが一般的に困難であるという事実に触発されて、我々は正の定値の証人に焦点を当て、正の演算子値測定(POVM)要素として自然な実装を認める。 我々は、全ての正の証人がリヴァス-ヒエルガ-プレニオ測度(RHP)の証明された下限を得られることを証明し、証人ベースの定量化、RHP測度、幾何距離測度を接続する完全な階層を確立する。 我々のフレームワークを振幅減衰と一般パウリ力学に適用すると、最適正の目撃者は単純ベルパリティ射影子に還元される。 さらに, 得られた証人の値は, 少数の実験的にアクセス可能な相関測定から直接得られることを示し, 完全なChoi状態再構成の必要性を排除し, オープン量子系における非マルコビアン性の定量化のための効率的かつ実験的に実現可能なアプローチを提供する。

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