量子均匀化

我们设计了一种通用量子均匀化器，这是一种量子机器，它接收一个初始处于态 $\rho$ 的系统量子比特和一组 N 个初始制备于相同态 $\xi$ 的库量子比特作为输入。在均匀化器中，系统量子比特通过部分交换变换依次与库量子比特相互作用。该均匀化器在极限意义下实现如下变换：无论系统量子比特与库量子比特的初始态如何，在输出端每个量子比特都位于态 $\xi$ 的任意小邻域内。这意味着系统量子比特经历了一个具有不动点（即库态 $\xi$）的演化。我们还研究了当库由有限个相同制备的量子比特组成时的近似均匀化。该均匀化器使我们能够理解与非平衡态环境相互作用的开放系统动力学的各个方面。特别地，开放系统动力学的可逆性与不可逆性，直接关联到关于库量子比特与系统量子比特相互作用顺序的特定（经典）信息。均匀化器的这一方面导出了一个带有经典组合密码的量子保险箱模型。我们详细分析了在量子均匀化过程中库与系统之间如何产生纠缠。我们表明，关于系统量子比特初始态的信息存储在均匀化后量子比特之间的纠缠中。