1Centro de Ciencia y Tecnología de la Información Cuántica, Universidad del Sur de California, Los Ángeles, California 90089, EE. UU.
2Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad del Sur de California, Los Ángeles, California 90089, EE. UU.
3Departamento de Química, Universidad del Sur de California, Los Ángeles, California 90089, EE. UU.
4Departamento de Física y Astronomía, Universidad del Sur de California, Los Ángeles, California 90089, EE. UU.
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Resumen
Las ecuaciones maestras de Markovian son una herramienta omnipresente en el estudio de los sistemas cuánticos abiertos, pero derivarlas de los primeros principios implica una serie de compromisos. Por un lado, la ecuación de Redfield es válida para entornos rápidos (cuya función de correlación decae mucho más rápido que el tiempo de relajación del sistema) independientemente de la fuerza relativa del acoplamiento con el sistema hamiltoniano, pero es notoriamente no completamente positiva. Por otro lado, la ecuación de Davies conserva la positividad completa, pero es válida solo en el límite de acoplamiento ultra débil y para sistemas con un espacio de nivel finito, lo que lo hace incompatible con la conducción arbitrariamente rápida y dependiente del tiempo.
Aquí mostramos que una ecuación maestra de grano grueso derivada de Markovian (CGME), que ya se sabe que es completamente positiva, tiene un rango de aplicabilidad mucho más amplio en comparación con la ecuación de Davies y, además, se genera localmente y puede generalizarse para adaptarse arbitrariamente conducción rápida Esta generalización, a la que nos referimos como el CGME dependiente del tiempo, es por lo tanto adecuada para el análisis de operaciones rápidas en la computación cuántica del modelo de puerta, como la corrección de errores cuánticos y el desacoplamiento dinámico. Nuestra derivación procede directamente de la ecuación de Redfield y nos permite colocar límites de error rigurosos en las tres ecuaciones: Redfield, Davies y de grano grueso. Nuestro principal resultado es, por lo tanto, una ecuación maestra de Markovia completamente positiva que es una aproximación controlada a la verdadera evolución para cualquier dependencia temporal del sistema hamiltoniano, y funciona para sistemas con un espaciado de nivel arbitrariamente pequeño. Ilustramos esto con un análisis que muestra que el desacoplamiento dinámico puede extender los tiempos de coherencia incluso en un entorno estrictamente markoviano.
Resumen popular
Nuestro resultado indica que, siempre que la dinámica del entorno sea mucho más rápida que su efecto en el sistema, por lo que el entorno tiene tiempo para equilibrarse independientemente de lo que esté haciendo el sistema, existe un modelo matemático en el que se puede confiar. La generalidad de nuestro resultado es tal que se aplica a cualquier número de qubits, así como a otros sistemas cuánticos como los átomos y los puntos cuánticos. El control aplicado al sistema cuántico por el experimentalista está incluido en nuestro modelo y puede tener una interacción no trivial con los efectos del sistema abierto. Nuestro modelo captura esta interacción en muchos casos relevantes, tanto para resultados teóricos futuros en información cuántica como para la simulación de experimentos cuánticos.
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No se pudo recuperar Crossref citado por datos durante el último intento 2020-02-06 15:54:51: No se pudieron obtener los datos citados por 10.22331 / q-2020-02-06-227 de Crossref. Esto es normal si el DOI se registró recientemente. En ANUNCIOS SAO / NASA no se encontraron datos sobre las obras citadas (último intento 2020-02-06 15:54:51).
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Fuente: https://quantum-journal.org/papers/q-2020-02-06-227/
