It is an important issue to look for a suitable control to drive an open quantum system in quantum information processing. We will study the control technique and protect quantum coherence for the solid-state open quantum system based on quantum optimal control. Several dissipative and structural environments are considered for the dynamical behaviors of the system in transient and stable states. The open quantum system is driven by an optimal control and its evolution is steered from an initial state to a desired target. Also, a solvable way for the open quantum system which guarantee optimization techniques to protect quantum coherence and correlation is proposed for local and global control to look for high-fidelity information transfer and state evolution. The complex dynamics of the quantum system interacting with environment under the optimal control is solved to give a deep insight of the knowledge for the restriction and competition between the driven field and the dissipative environment. We expect to propose a solvable way which guarantee optimization techniques to prevent the quantum decoherence and product the quantum correlation for the open quantum system. The optimal index which will be considered are such as target state, gate fidelity, quantum correlation, time-energy performance index and so on. The whole optimal control project that is appropriate for real experimental condition for the solid-state open quantum system is proposed. It expects that the proposal will provide some valuable suggestions for experimental implementations and applications.
驱动场控制下的量子开放系统动力学是量子信息处理的重要问题,本项目拟运用量子最优控制理论研究固态量子开放系统量子态的控制过程以及量子相干性的保护作用,研究几类耗散和具有某种特定结构环境影响下的固态量子系统瞬态和稳态动力学,通过优化控制设计主动干预系统状态的演化,诱导系统演化至期望的目标状态,探讨对系统实施局域或整体的控制方法,提出保护系统量子相干性的优化方案和量子关联保持的控制策略,寻找高质量信息传输的可靠条件和有效控制量子态的演化方案。求解优化控制场驱动下的量子系统与环境关联的复杂动力学,认识驱动场和环境耗散相互制约和竞争的作用,寻找抑制退相干的优化控制策略,达到控制量子系统相干演化的目的。优化的性能指标主要包括:目标量子态、量子门保真度、量子关联、演化时间和能量效率等性能指标。在实验室允许的条件下,提出量子开放系统的综合优化调控方案,为量子信息处理实验和应用研究提供理论依据
本项目研究了非马尔可夫量子系统动力学及系统的最优控制问题,通过优化控制设计主动干预系统状态的演化,研究了诱导系统演化至目标状态的物理条件,提出保护系统量子相干性的优化和量子关联保持的控制策略,寻找高质量信息传输的可靠条件和有效控制量子态的演化方案,改进综合优化量子调控,寻求对系统实施局域或整体的有效量子操控和克服消相干的场控条件,研究了特定结构环境影响下开放量子系统的瞬态和稳态动力学,探讨了固态量子多体问题里的量子正交灾难(Orthogonality Catastrophe)效应与量子速度极限的关联性,利用外场调控量子系统的演化速度,研究了该效应在量子相变点处和量子速度极限时间的内在联系,以及自旋轨道相互作用和环境温度对开放系统量子灾难行为和演化速度的影响,探讨了非马尔科夫环境下热力学性质对系统的量子速度极限的影响以及最优控制等问题。在实验室允许的条件下,提出量子开放系统的综合优化调控方案,为量子信息处理实验和应用研究提供理论依据。
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数据更新时间:2023-05-31
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