量子相干性的分析控制：通过基组工程实现马尔可夫态的恢复，以及精确的非马尔可夫判据

《Science China-Physics Mechanics & Astronomy》：Analytical control of quantum coherence: Markovian revival via basis engineering and exact non-Markovian criteria

量子相干性保存无需非马尔可夫环境记忆，通过基工程学在σx/σy基实现严格马尔可夫条件下的相干性 revival，提出ω0^c≈π/tmax的噪声阈值、Zeeman能量>π/(2tmax)的 revival条件及ω0=n·6.285/tmax的精确参数设置，为量子记忆增强提供普适设计框架。

　　

摘要

量子相干性的保持面临一个根本性的难题：其恢复需要来自结构化环境的非马尔可夫记忆效应。这一范式限制了量子控制策略的发展，并掩盖了更为简单的相干性保护途径。在这里，我们打破了这一观念，证明了即使在严格的马尔可夫环境中，也能通过仅对σ_x/σ_y基进行基态工程来实现明确的相干性恢复。我们建立了一个全面的分析框架，用于预测性相干性控制，并提出了三个通用设计原则。首先，我们推导出了一个基于最小临界噪声的频率\(\omega_{0}^{c} \approx {\pi \over {t_{\rm max}}}\)，作为在任何区间[0, t_max]内实现非马尔可夫动力学的通用标准。关键的是，我们展示了当塞曼能量满足ω_k > π/(2t_max时，马尔可夫环境（ω₀ < ω ^c₀ ）也能表现出相干性恢复，从而确立了基态工程作为一个独立的控制维度，将恢复动力学与环境记忆区分开来。此外，对于非马尔可夫环境，我们提供了实现周期性及完全恢复的精确条件：设置ω₀ = n · 6.285/t_max可以保证在σ_z基中的恢复，而将其与ω_k = πω₀/6.285结合使用则能确保在σ_x/σ_y基中的完美恢复。我们的结果通过严格的量子模拟得到了验证，为相干性控制提供了一个预测性工具包，为增强量子记忆、传感和错误缓解提供了即时策略。