浅层量子电路能否将局域噪声扰乱为全局白噪声?

浅层量子电路被认为是最有希望实现早期实用量子优势的候选者——这推动了广泛误差缓解技术的发展,当量子态能被全局去极化(白)噪声模型很好地近似时,这些技术的性能通常会提升。尽管随机电路能将局域噪声扰乱为全局白噪声(这一性质已被严格证明)对于展示量子优越性至关重要,我们仍探究了实用浅层量子电路在多大程度上将局域噪声扰乱为全局白噪声。我们定义了两个关键度量:(a)密度矩阵本征值均匀性与(b)对易子范数。前者决定了与白噪声的距离,后者决定了基于提纯的误差缓解的性能。我们推导了它们标度行为的解析近似界,发现大多数情况下与数值结果吻合良好。另一方面,我们模拟了广泛类别的实用量子电路,发现白噪声在某些情况下是糟糕的近似,对部分较简单误差缓解方案的性能造成显著限制。积极的一面是,我们在所有情况下均发现对易子范数足够小,保证了基于提纯的误差缓解的极佳性能。最后,我们确定了可能降低这两个度量的技术,例如通过门插入或随机编译来增加动力学李代数的维数。