論文の概要: Effectiveness of the Krotov method in controlling open quantum systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.03114v3
• Date: Tue, 25 Jul 2023 19:49:02 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-27 16:34:04.794590
• Title: Effectiveness of the Krotov method in controlling open quantum systems
• Title（参考訳）: 開量子システム制御におけるkrotov法の有効性
• Authors: Marllos E. Fonseca, Felipe F. Fanchini, Emanuel F. de Lima, and Leonardo K. Castelano
• Abstract要約: クトロフ法を開かつ閉量子系に適用する。 外部環境下でqubit/qutritシステムを操作するために最適化された制御が見つかる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We apply the Krotov method for open and closed quantum systems with the objective of finding optimized controls to manipulate qubit/qutrit systems in the presence of the external environment. In the case of unitary optimization, the Krotov method is first applied to a quantum system neglecting its interaction with the environment. The resulting controls from the unitary optimization are then used to drive the system along with the environmental noise. In the case of non-unitary optimization, the Krotov method already takes into account the noise during the optimization process. We consider two distinct computational task: target-state preparation and quantum gate implementation. These tasks are carried out in simple qubit/qutrit systems and also in systems presenting leakage states. For the state-preparation cases, the controls from the non-unitary optimization outperform the controls from the unitary optimization. However, as we show here, this is not always true for the implementation of quantum gates. There are some situations where the unitary optimization performs equally well compared to the non-unitary optimization. We verify that these situations corresponds to either the absence of leakage states or to the effects of dissipation being spread uniformly over the system, including non-computational levels. For such cases, the quantum gate implementation must cover the entire Hilbert space and there is no way to dodge dissipation. On the other hand, if the subspace containing the computational levels and its complement are differently affected by dissipation, the non-unitary optimization becomes effective.
• Abstract（参考訳）: クロットフ法を開閉量子系に適用し,外部環境下での量子ビット/量子系の操作に最適化された制御を求める。 ユニタリ最適化の場合、クロトフ法は環境との相互作用を無視した量子系に最初に適用される。 ユニタリ最適化の結果の制御は、環境騒音とともにシステムを駆動するために使用される。 非ユニタリ最適化の場合、krotov法は最適化プロセス中のノイズを既に考慮している。 我々は,ターゲット状態生成と量子ゲート実装という2つの異なる計算タスクを考える。 これらのタスクは単純なqubit/qutritシステムや、漏洩状態を示すシステムで実行される。 状態準備の場合、非単項最適化による制御は、単項最適化による制御よりも優れる。 しかし、ここで示すように、これは必ずしも量子ゲートの実装に当てはまるとは限らない。 ユニタリ最適化が非ユニタリ最適化と同等に機能する状況もある。 これらの状況は、漏洩状態の欠如や、非計算レベルを含むシステム全体に均一に散布される散逸の影響に対応するか検証する。 そのような場合、量子ゲートの実装はヒルベルト空間全体をカバーする必要があり、散逸を抑える方法はない。 一方、計算レベルとその補数を含む部分空間が散逸によって異なる影響を受ける場合、非ユニタリ最適化が有効である。

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