噪声量子态的主导特征向量

尽管近期量子器件尚无纠正错误的全面解决方案，但已提出众多技术以实现实用价值。两项近期工作引入了极具前景的错列纠错（Error Suppression by Derangements, ESD）与虚拟蒸馏（Virtual Distillation, VD）技术。该方法指数级抑制错误，并最终允许人们在纯态中测量期望值，该纯态作为噪声量子态的主导特征向量。然而有趣的是，该主导特征向量不同于理想计算态，而全面探究以下基本问题是本工作的目标：这两个纯态差异有多大？本工作的动机有二。首先，全面理解这种相干失配的影响对于成功利用噪声量子器件具有根本重要性。据此，本工作严格确立：在实际相关场景中，相干失配的严重程度相较保真度的非相干衰减呈指数级更轻——后者可通过 ESD/VD 技术指数级抑制。其次，上述问题与数学中的中心问题密切相关，例如对两个矩阵之和的特征值给出界（Weyl 不等式）——其解决曾是一项重大突破。本工作可视为将 Weyl 不等式推广至两个矩阵之和的特征向量之第一步，并完全解决了所考虑密度矩阵特殊情形下的该问题。