基于测量的开放量子状态调控

基于测量的开放量子状态调控
开放量子系统中,量子的状态会受到环境的作用而产生退相干,这是实际量子计算中人们面对的最大问题之一。

量子测量可以被作为量子系统动力学转移的控制手段之一。

在本文中,我们使用测量和哈密顿控制两种方式对二能级量子系统的状态进行如下调控:1)基于最优测量的量子态转移控制。

2)基于弱测量对初始纯态中相位阻尼的量子最优噪声抑制。

3)基于弱测量对量子混合态的噪声防护。

1)我们提出一种利用一系列非选择性投影测量来实现二维量子系统中量子态转移的最优控制方法。

证明对于一个给定的初始状态,总是可以找到相应的投影算符能够有效地将给定的初始状态转移到任意目标纯态。

我们利用外加控制来补偿系统自由演化的影响。

在如下三种情况下进行数值仿真和特性分析:不考虑自由演化,考虑自由演化,以及存在外加控制场作用。

仿真实验结果表明,采用外加控制场的最优测量控制更加有效。

2)任意二能级量子系统中的量子位纯态会受到相位阻尼的影响。

本论文的目的是找到最优控制方案,以尽可能的将受阻尼演化后的量子状态恢复到其初始纯态。

我们设计不同基下的强度相关测量和控制校正旋转来恢复任意二能级量子纯态。

我们设计最佳测量强度以达到系统信息获取,相位阻尼噪声和测量干扰之间的最佳平衡。

我们研究如下两种情况:(i)初始状态中具有y方向分量;(ii)初始状态中不具有y方向分量。

推导并给出各种初始状态下控制方案的最优参数和性能。

3)另外,我们讨论了通过自适应测量和控制操作来抑制量子混合态中系统噪声的可能性。

此研究目标为找到使输入和输出状态尽可能接近的最佳测量强度和控制操作。

我们提出一种能够有效保护任意混合态的方案,此方案对典型的噪声源类型,如:幅度阻尼,相位阻尼和幅度相位阻尼等具有良好的抑制效果。

我们推导在Bloch球不同基上最佳测量和控制操作,并得到抑制各种噪声源所需的的最佳控制方案。

仿真实验结果证明了我们的控制方案的有效性。