面向噪声模型构建的高效 Lindblad 合成

有效的噪声模型对于分析和理解量子系统的动力学至关重要，特别是在量子错误缓解和纠正等应用中。然而，即使噪声过程在孤立状态下被很好地表征，影响目标量子操作的有效噪声通道也可能有显著差异，因为不同的门以不同的方式经历噪声。在此，我们提出了一种噪声模型构建方法，该方法从与所需门操作同时作用的物理噪声过程的 Lindbladian 描述出发，构建一个有效模型。它采用了 Magnus 展开和 Dyson 级数，可用于多量子比特量子门噪声通道的低阶符号和高阶数值近似。我们设想了我们的噪声构建方法的多种用例，例如 (i) 从学习到的 Lindbladian 计算相应的噪声通道，以及 (ii) 从给定硬件架构的物理动机 Lindbladian 出发生成噪声通道。通过这样做，我们弥合了物理 Lindbladian 与操作级噪声模型参数之间的差距。我们证明了我们的符号噪声构建与针对各种双量子比特门的完整数值 Lindblad 模拟之间具有很强的一致性，无论是在孤立场景还是在三量子比特和四量子比特场景中，针对各种物理噪声源。我们的符号构建提供了关于噪声模型参数如何依赖于底层物理噪声参数的有用分解，这为错误结构提供了定性洞察。例如，我们的理论提供了对 Lindblad 噪声与预期门操作相互作用的洞察，并能预测局部 Lindblad 噪声如何有效地扩散成多量子比特错误。