基于 qudit 旁观者的量子噪声谱学

量子噪声谱学是一种用于检测环境噪声谱的著名方法，在量子传感、量子网络设计和量子计算中有多种应用。在本工作中，提出了一种针对具有随机和平稳高斯分布噪声的 qudit 旁观者（任意 d 能级量子系统）量子噪声谱学协议。该协议使用 Weyl 基分解（由广义 Pauli 矩阵组成）作为理论工具，以及 Alvarez-Suter 噪声谱学方法，通过将 qudit 暴露于一系列脉冲序列，并通过对 qudit 可观测量的多次测量来提取噪声多谱。该形式体系在三个理论框架中得到了进一步发展和模拟：前两个框架利用简化的 Weyl 基，能够检测 Z 型退相干噪声。其中一个专门为 qutrit（d=3）建模，第二个框架为所有 qudit 设计，并通过对 ququad（d=4）和 quoct（d=8）的模拟进行了测试。第三个框架采用完整的 Weyl 基，使其能够识别所有类型的 XYZ 退相干噪声。该框架的模拟是在由锑原子实现的 quoct（d=8）上进行的。所引入的噪声谱学解析协议将 qudit 系统转化为量子旁观者，所给出的模拟证明了该噪声谱学协议的准确性和可靠性。