混合态拓扑序的诊断与量子记忆的失效

拓扑量子记忆可在有限错误阈值内保护信息免受局部错误影响。此类阈值通常基于解码算法的成功而非描述受损记忆的混合态的固有性质来确定。在此我们提供拓扑量子记忆失效的固有表征，它既给出了解码算法性能的上界，又提供了拓扑上不同的混合态的实例。我们采用三个信息论量，它们可视为基态拓扑序诊断的推广，并作为错误损坏混合态中拓扑序的定义。我们考虑纠缠负性的拓扑贡献以及基于量子相对熵和相干信息的另外两个度量。在以具有局部比特翻转和相位错误的二维 Toric 码为例时，我们将三个量映射到二维经典自旋模型中的观测量，并解析证明它们均在相同错误阈值处发生相变。该阈值是任意解码算法所达阈值的上界，且确实被 Toric 码最优解码算法中的阈值所饱和。