量子比特上量子热噪声的建模与仿真

量子噪声或退相干是影响量子技术性能的主要因素。在量子比特上，一种重要且实践中常见的量子噪声是热噪声或广义振幅阻尼噪声，其描述与任意温度热浴的相互作用。然而，量子比特热噪声无法用少数基本 Pauli 算子建模或直接仿真，而需要特定算子。我们此处的主要目标是构建一种基于标准基本量子比特算子仿真热噪声的线路模型。从基于 Kraus 算子的通用量子操作模型及关联的量子比特-环境模型出发，我们推导出热噪声适当的 Stinespring 膨胀表示。该膨胀酉模型随后被分解为简单的基本量子比特算子，并转换为基于基本量子门的线路。我们得到目标热噪声仿真器线路，其内置对噪声参数的简便控制。该噪声仿真器随后在 IBM-Q 量子处理器上被物理实现与测试。该仿真器是对现有量子处理器量子线路库的有用补充，并为研究须应对热噪声的量子信号与信息处理提供了新工具。