控制信号相位噪声对量子比特保真度的影响
量子物理
2026-05-15 v3
摘要
随着量子比特退相干时间的增加和读出技术的改进，驱动信号中的非理想性（如相位噪声）将成为复杂控制脉冲序列末端可达到保真度的关键限制因素。尽管参考振荡器的相位噪声对量子比特性能的影响此前已有研究，但其与实际含时控制脉冲的相互作用及其对保真度退化的贡献尚未得到充分详细的调查，仍然是一个关键挑战。在此，我们借助数值模拟研究了影响参考振荡器的相位噪声对保真度的影响，这使我们能够直接考虑控制信号中的相位涨落与量子比特状态演化之间的相互作用，从而全面理解相位噪声的不同频谱分量所发挥的实际作用。具体而言，我们分析了各个噪声频率贡献的影响，明确识别了对保真度影响最关键的频谱区域，并确定了它们在整体保真度退化中的相对权重。我们的方法基于生成与给定功率谱密度一致的相位噪声实现，然后利用 Qiskit-Dynamics 在量子比特时间演化模拟中将其应用于脉冲载波。通过将噪声脉冲序列末端获得的最终状态与理想情况进行比较，并对多个噪声实现进行平均，我们估计了由此产生的保真度退化；此外，利用受相位涨落影响的载波的近似解析表示，我们阐明了不同贡献的本质，并提供了直观的物理图像。
引用
@article{arxiv.2601.09014,
title = {Impact of control signal phase noise on qubit fidelity},
author = {Agata Barsotti and Paolo Marconcini and Gregorio Procissi and Massimo Macucci},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.09014},
year = {2026}
}