在量子计算机上区分合成解缠

不同的监测或干预方案可以产生不同的条件随机量子轨迹，同时共享相同的无条件（系综平均）动力学。这就是给定 Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad (GKSL) 主方程的解缠的本质：任何与条件状态呈线性关系的函数的轨迹系综平均，都完全由无条件密度矩阵决定，而在平均前应用非线性函数则可能产生依赖于解缠的、超出平均演化的结果。一个典范性例子是共振荧光，其中直接光子探测（跳跃/泊松）和零差或外差探测（扩散/维纳）定义了相同 GKSL 动力学的非等价解缠。在早期工作中，我们表明非线性轨迹平均可以区分此类解缠，但在该光学装置中观察此效应需要极高的实验精度。在此，我们通过引入在单量子比特和双量子比特上起作用的量子电路实现的合成解缠，将同一思想转化到数字环境中。我们设计了两种解缠——一种投影测量解缠和一种随机酉“踢”解缠——它们共享相同的系综平均演化，但产生不同的非线性条件状态统计。我们在 IBM Quantum 提供的超导量子比特硬件上实现了这些协议，以获取轨迹级信息。我们表明，理论上和实验中均可通过轨迹间的方差和系综平均的 von Neumann 熵来区分这些解缠，而无条件状态以及与状态呈线性关系的系综平均期望值则保持不变。我们的结果提供了一种直观的演示，表明量子轨迹编码了关于测量反作用的信息，且超越了由无条件动力学所固定的部分。