論文の概要: Quantum Control of Radical Pair Dynamics beyond Time-Local Optimisation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.08613v1
• Date: Wed, 14 Jun 2023 16:19:16 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-16 18:08:57.813198
• Title: Quantum Control of Radical Pair Dynamics beyond Time-Local Optimisation
• Title（参考訳）: 時間-局所最適化を超えたラジカルペアダイナミクスの量子制御
• Authors: Farhan T. Chowdhury, Matt C. J. Denton, Daniel C. Bonser, Daniel R. Kattnig
• Abstract要約: グラディエントアセンセントパルス工学(GRAPE)を拡張して反応収率を最適化する。 低磁場状態におけるラジカル対のスピン選択的再結合反応における任意の波形制御を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: By extending Gradient Ascent Pulse Engineering (GRAPE) to allow for optimising reaction yields, we realise arbitrary waveform-based control in spin-selective recombination reactions of radical pairs in the low magnetic field regime. This overcomes drawbacks of previous time-local optimisation approaches for realising reaction control, which were limited in their applicability to radical pairs driven by high biasing fields. We demonstrate how efficient time-global optimisation of the radical pair recombination yields can be realised by gradient based methods augmented with time-blocking, sparse sampling of the yield, and evaluation of the central single-timestep propagators and their Fr\'echet derivatives using iterated Trotter-Suzuki splittings. Results are shown for both a toy model, previously used to demonstrate coherent control of radical pair reactions in the simpler high-field scenario, and furthermore for a realistic exciplex-forming donor-acceptor system comprising 16 nuclear spins. This raises prospects for the spin-control of actual radical pair systems in ambient magnetic fields, by suppressing or boosting radical reaction yields using purpose-specific radio-frequency waveforms, paving the way for radical inspired qubit architectures for reaction-yield-dependent quantum magnetometry and potentially applications of quantum control to biochemical radical pair reactions.
• Abstract（参考訳）: 傾斜上昇パルス工学(grape)を拡張して反応収率を最適化することで,低磁場領域におけるラジカル対のスピン選択的再結合反応における任意の波形制御を実現する。 これは、反応制御を実現するための従来の時間局所最適化アプローチの欠点を克服し、高いバイアス場によって駆動されるラジカル対の適用性に制限された。 本研究では, 時間ブロック, スパースサンプリング, 中央単段プロパゲータとそのFr'echet誘導体の反復的トロッタスズキ分割による評価により, ラジカル対組換え収率の時間-グローバル最適化がいかに効果的かを示す。 その結果、より単純な高磁場シナリオにおいてラジカル対反応のコヒーレント制御を示すおもちゃモデルと、16個の核スピンからなる現実的な励起結合形成ドナー受容体系の両方が得られた。 このことは、周囲磁場における実際のラジカル対系のスピン制御の見通しを高め、目的特異的な電波波形を用いてラジカル反応の収率を抑制または促進し、反応収率依存性の量子磁気学におけるラジカル誘起量子ビットアーキテクチャーへの道を切り開いたり、生化学的ラジカル対反応への量子制御の潜在的応用を可能にした。

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