論文の概要: Globally Optimal Quantum Control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.05790v3
• Date: Sun, 13 Jul 2025 14:28:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-15 18:48:20.660896
• Title: Globally Optimal Quantum Control
• Title（参考訳）: グローバル最適量子制御
• Authors: Denys I. Bondar, Llorenc Balada Gaggioli, Georgios Korpas, Jakub Marecek, Jiri Vala, Kurt Jacobs,
• Abstract要約: 本稿では,大域的最適解を求めることによって問題を解消するQCPOP(Quantum Control via Polynomial Optimization)を提案する。 その結果、1000倍以上の速度の増大により、以前は難解だった問題を解くことができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.979158763744267
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Optimization of constrained quantum control problems powers quantum technologies. This task becomes very difficult when these control problems are non-convex and plagued with dense local extrema. For such problems current optimization methods must be repeated many times to find good solutions, each time requiring many simulations of the system. Here, we present Quantum Control via Polynomial Optimization (QCPOP), a method that eliminates this problem by directly finding globally optimal solutions. The resulting increase in speed, which can be a thousandfold or more, makes it possible to solve problems that were previously intractable. This remarkable advance is due to global optimization methods recently developed for polynomial functions. We demonstrate the power of this method by showing that it obtains an optimal solution in a single run for a problem in which local extrema are so dense that gradient methods require thousands of runs to reach a similar fidelity. Since QCPOP is able to find the global optimum for quantum control, we expect that it will not only enhance the utility of quantum control by making it much easier to find the necessary protocols, but provide a key tool for understanding the precise limits of quantum technologies. Finally, we note that the ability to cast quantum control as polynomial optimization resolves an open question regarding the computability of exact solutions to quantum control problems.
• Abstract（参考訳）: 制約量子制御問題の最適化は量子技術を利用する。 この課題は、これらの制御問題が非凸であり、密集した局所極限に悩まされるとき、非常に困難になる。 このような問題に対して、現在の最適化手法は良い解を見つけるために何度も繰り返しなければならない。 本稿では,多項最適化(QCPOP)による量子制御について述べる。 結果として1000倍以上のスピードが向上し、以前は難解だった問題を解くことができる。 この顕著な進歩は、最近多項式関数向けに開発された大域最適化法によるものである。 本手法は,局所的な極端値が高密度であり,勾配法が数千ランを要するような問題に対して,単一ランで最適解が得られることを示すことによって,その性能を実証する。 QCPOPは、量子制御のグローバルな最適化を見つけることができるため、必要なプロトコルを見つけやすくすることで、量子制御の有用性を高めるだけでなく、量子技術の正確な限界を理解するための重要なツールを提供することを期待している。 最後に、多項式最適化として量子制御をキャストする能力は、量子制御問題に対する正確な解の計算可能性に関するオープンな問題を解くことに留意する。

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