利用能量惩罚指数抑制量子系统的退相干与弛豫

保护量子信息免受退相干的主要方法之一是将信息编码在具有大能隙的哈密顿量的基态子空间（或低能区）中，该能隙惩罚来自环境的错误。所选择的保护哈密顿量使其简并基态子空间成为由与环境相互作用引起的错误的错误检测码。我们考虑具有任意数量局部位点（例如自旋）的环境，其自身之间的相互作用是局部且有界的。然后，假设系统与环境中的有限个位置相互作用，我们证明，关于耦合常数至二阶，退相干和弛豫被一个因子抑制，该因子随能量惩罚与环境局部相互作用的范数之比呈指数快速增长。然而，由于Lamb移位效应，态仍可能在码子空间内酉演化。在绝热量子计算的背景下，这意味着码子空间内的演化有效地由重整化哈密顿量支配。该结果从第一性原理推导，未使用主方程或其假设，并且即使在无限温度极限下也成立。我们还证明了环境中远离系统的位置处的无界或非局部相互作用不会显著改变这种指数抑制。我们的主要技术工具是对于局部可观测量以及在可观测量支撑邻域内具有有界且局部相互作用的多体哈密顿量，其在高频处功率谱密度衰减的一个新界限。