检验量子门的环境无关性

在量子计算机中，例如在量子比特上实际执行的门，可能不仅取决于我们为实施该门所编程的实际激光脉冲和电压，还取决于其“环境”（context）。例如，它可能取决于刚刚施加于同一量子比特上的门，或取决于先前一长串激光脉冲使其环境加热的程度。本文分析了几种检测此类环境相关错误（包括各类非马尔可夫错误）的检验方法。这些检验的一个关键特征是对态制备与测量（SPAM）错误以及门相关错误均具有鲁棒性。由于环境相关错误在实践中预期较小，仔细分析统计涨落的影响变得重要，因此我们研究了检验的功效与精度作为重复次数和门序列长度的函数。从我们的检验中浮现出一个重要量：概率（相对频率）矩阵 $\mathcal{P}$ 的行列式对数（log-det）。为此，我们推导了 log-det 估计的概率分布，并随后将其用于检验各类单量子比特与双量子比特测量及初态集合下检验的性能。最后，我们强调了 log-det 与环境无关操作的不可逆程度（unitarity，酉性）之间的联系。