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Non-commuting two-local Hamiltonians for quantum error suppression

  • 01.04.2017
Erschienen in:

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Abstract

Physical constraints make it challenging to implement and control many-body interactions. For this reason, designing quantum information processes with Hamiltonians consisting of only one- and two-local terms is a worthwhile challenge. Enabling error suppression with two-local Hamiltonians is particularly challenging. A no-go theorem of Marvian and Lidar (Phys Rev Lett 113(26):260504, 2014) demonstrates that, even allowing particles with high Hilbert space dimension, it is impossible to protect quantum information from single-site errors by encoding in the ground subspace of any Hamiltonian containing only commuting two-local terms. Here, we get around this no-go result by encoding in the ground subspace of a Hamiltonian consisting of non-commuting two-local terms arising from the gauge operators of a subsystem code. Specifically, we show how to protect stored quantum information against single-qubit errors using a Hamiltonian consisting of sums of the gauge generators from Bacon–Shor codes (Bacon in Phys Rev A 73(1):012340, 2006) and generalized-Bacon–Shor code (Bravyi in Phys Rev A 83(1):012320, 2011). Our results imply that non-commuting two-local Hamiltonians have more error-suppressing power than commuting two-local Hamiltonians. While far from providing full fault tolerance, this approach improves the robustness achievable in near-term implementable quantum storage and adiabatic quantum computations, reducing the number of higher-order terms required to encode commonly used adiabatic Hamiltonians such as the Ising Hamiltonians common in adiabatic quantum optimization and quantum annealing.

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Titel
Non-commuting two-local Hamiltonians for quantum error suppression
Verfasst von
Zhang Jiang
Eleanor G. Rieffel
Publikationsdatum
01.04.2017
Verlag
Springer US
Erschienen in
Quantum Information Processing / Ausgabe 4/2017
Print ISSN: 1570-0755
Elektronische ISSN: 1573-1332
DOI
https://doi.org/10.1007/s11128-017-1527-9
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