論文の概要: Application of Pontryagin's Maximum Principle to Quantum Metrology in Dissipative Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.00112v1
• Date: Sat, 30 Apr 2022 00:02:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-15 01:27:45.686356
• Title: Application of Pontryagin's Maximum Principle to Quantum Metrology in Dissipative Systems
• Title（参考訳）: ポントリャーギンの最大原理の散逸系における量子計測への応用
• Authors: Chungwei Lin, Yanting Ma, Dries Sels
• Abstract要約: 我々は「ツイスト・アンド・ターン」問題に対して量子フィッシャー情報を最大化する最適制御を求める。 最適制御は散逸することなく特異であるが、量子デコヒーレンスを導入すると非有界となる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.920103626492315
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Optimal control theory, also known as Pontryagin's Maximum Principle, is applied to the quantum parameter estimation in the presence of decoherence. An efficient procedure is devised to compute the gradient of quantum Fisher information with respect to the control parameters and is used to construct the optimal control protocol. The proposed procedure keeps the control problem in the time-invariant form so that both first-order and second-order optimality conditions derived from Pontryagin's Maximum Principle apply; the second-order condition turns out to be crucial when the optimal control contains singular arcs. Concretely we look for the optimal control that maximizes quantum Fisher information for "twist and turn" problem. We find that the optimal control is singular without dissipation but can become unbounded once the quantum decoherence is introduced. An amplitude constraint is needed to guarantee a bounded solution. With quantum decoherence, the maximum quantum Fisher information happens at a finite time due to the decoherence, and the asymptotic value depends on the specific decoherence channel and the control of consideration.
• Abstract（参考訳）: 最適制御理論はポントリャーギンの最大原理としても知られ、デコヒーレンスの存在下での量子パラメータ推定に適用される。 制御パラメータに対する量子フィッシャー情報の勾配を計算するために効率的な手順が考案され、最適な制御プロトコルを構築するために使用される。 提案手法は、制御問題を時間不変の形で保ち、ポントリャーギンの最大原理から導かれる一階最適条件と二階最適条件の両方を適用する。 具体的には、"twist and turn"問題に対して量子フィッシャー情報を最大化する最適制御を求める。 最適制御は散逸することなく特異であるが、量子デコヒーレンスを導入すると非有界となる。 振幅制約は有界解を保証するために必要である。 量子デコヒーレンスでは、最大量子フィッシャー情報はデコヒーレンスによって有限時間で発生し、漸近値は特定のデコヒーレンスチャネルと考慮の制御に依存する。

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