論文の概要: Quantum Control of Radical Pair Dynamics beyond Time-Local Optimization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.08613v2
- Date: Wed, 13 Mar 2024 15:59:45 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-14 18:57:10.834929
- Title: Quantum Control of Radical Pair Dynamics beyond Time-Local Optimization
- 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: 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の任意の波形制御を実現する。
これにより、ラジカル対の反応制御に先立って提案された時間局所最適化アプローチの欠点を克服する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We realize arbitrary waveform-based control of spin-selective recombination
reactions of radical pairs in the low magnetic field regime. To this end, we
extend the Gradient Ascent Pulse Engineering (GRAPE) paradigm to allow for
optimizing reaction yields. This overcomes drawbacks of previously suggested
time-local optimization approaches for the reaction control of radical pairs,
which were limited to high biasing fields. We demonstrate how efficient
time-global optimization of the recombination yields can be realized by
gradient based methods augmented by time-blocking, sparse sampling of the
yield, and evaluation of the central single time-step 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
reaction-yield-dependent quantum magnetometry and potentially applications of
quantum control to biochemical radical pair reactions. We demonstrate the
latter aspect for two radical pairs implicated in quantum biology.
- Abstract（参考訳）: 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の任意の波形制御を実現する。
この目的のために、反応収率の最適化を可能にするため、GRAPE(Gradient Ascent Pulse Engineering)パラダイムを拡張した。
これは、高バイアス場に制限されたラジカル対の反応制御に対する従来提案されていた時間局所最適化アプローチの欠点を克服する。
本研究では, 時間ブロック法, スパースサンプリング法, 中央単段プロパゲータとそのFr'echet誘導体を反復トロッタスズキ分割法を用いて評価することにより, 組換え収率の効率的な時間-グローバル最適化を実現することを実証した。
より単純な高磁場シナリオでラジカル対反応のコヒーレント制御を実証するために以前使用されていた玩具モデルと、さらに16個の核スピンからなる現実的なエキシプレックス形成ドナー・アクセプターシステムについて実験を行った。
このことは、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の道を切り開き、生化学的ラジカル対反応への量子制御の潜在的応用によって、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る。
量子生物学における2つのラジカル対の後者の側面を実証する。
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