弛豫与绝热量子稳态制备：孰优孰劣？

在闭合系统极限下多体哈密顿量基态的绝热制备是绝热量子计算的核心，但现实中系统总是开放的。这促使我们自然地比较：一方面是Lindblad生成元稳态的绝热制备，另一方面是在绝热过程最终Lindblad算符下向相同稳态的弛豫。因此，在本文中我们采用这样的视角：目标是最有效地制备此类稳态，而非基态。利用开放系统绝热定理和弛豫时间的已知严格界限，我们得出了一个初看似乎宣告构建物理量子退火器努力失败的令人不安的结论：弛豫似乎总是比绝热制备收敛得更快。然而，通过仔细估算描述低温极限下热化的Lindblad算符的绝热制备时间，我们表明绝热过程终究存在超越弛豫的加速空间。为了测试解析导出的绝热制备时间和弛豫时间界限，我们数值研究了三个模型：耗散准自由费米子链、与热浴耦合的单量子比特，以及与热浴耦合的 $n$ 个量子比特的“尖峰”问题。通过这些模型我们发现，“孰优孰劣”的答案对于每个模型都取决于温度和系统-热浴耦合强度。在“尖峰”问题中，我们发现绝热演化过程中的弛豫在确保优于最终时刻弛豫过程的加速中起着重要作用。因此，弛豫辅助的绝热制备可以比纯绝热演化和纯弛豫都更高效。