马尔可夫主方程模拟宽带控制下量子计算机及其他系统的能力

大多数未来的量子设备，包括量子计算机，都需要宽带控制，即含时哈密顿量的变化速率与其所产生的动力学一样快或更快。在包括量子技术在内的许多量子物理领域中，必须考虑环境引起的耗散与退相干。尽管马尔可夫主方程提供了模拟这些效应唯一真正高效的方法，但这些主方程是在恒定哈密顿量（或具有一组明确定义频率的离散集合）下推导的。2006年，Alicky、Lidar 和 Zanardi [Phys. Rev. A 73, 052311 (2006)] 给出了详细的定性论证，表明马尔可夫主方程无法描述宽带控制下的系统。尽管这些论证似乎被广泛接受，此类主方程仍被常规用于精确模拟这些系统。这种奇怪的状况很可能是由于缺乏定量结果。在此，我们对耦合到振子浴的二能级和三能级系统进行了精确模拟以获得定量结果。尽管我们确认一般而言马尔可夫主方程无法预测宽带控制下的阻尼效应，但我们发现存在一个广泛适用的 regime 使其可以。若拉比频率和控制带宽都显著小于系统跃迁频率，则主方程在弱阻尼下是准确的。只要控制带宽不大于被驱动跃迁的频率且不与其他跃迁重叠，主方程也保持准确。因此，主方程能够准确描述许多原子系统的量子信息处理协议。