开放量子态系统中费利德的非线性：高维量子计算中的门与噪声依赖性
量子物理
2025-04-09 v4 数学物理
math.MP
原子物理
摘要
高维量子计算因其潜在解决传统基于量子比特系统所面临的可扩展性和纠错挑战而引起了广泛关注。本文研究了在 Lindblad 形式下作用于单 qutrit 系统的平均门保真度 (Average Gate Fidelity, AGF)，通过发展完善的理论框架计算更高阶修正项。我们推导了平均门不保真度 (Average Gate Infidelity, AGI) 的扰动展开的通用表达式，基于环境耦合系数，并通过大量数值仿真进行验证，强调在强耦合 regime 中从线性到非线性行为的转变。我们的发现突显了 AGI 对于 qutrit 维数、量子门选择和噪声强度的依赖，为优化量子门设计和纠错协议提供了关键见解。此外，我们利用该框架识别了强耦合 regime 下 AGI 的普遍界限，并探讨了提高近期 qutrit 架构性能的实际意义。该研究为未来在高维量子计算领域的研究与发展提供了稳健的基础，推动了稳健高保真量子操作的发展。
引用
@article{arxiv.2406.15141,
title = {Nonlinearity of the Fidelity in Open Qudit Systems: Gate and Noise Dependence in High-dimensional Quantum Computing},
author = {Jean-Gabriel Hartmann and Denis Janković and Rémi Pasquier and Mario Ruben and Paul-Antoine Hervieux},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.15141},
year = {2025}
}