論文の概要: Optimal Zeno Dragging for Quantum Control: A Shortcut to Zeno with Action-based Scheduling Optimization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.01631v3
• Date: Thu, 03 Oct 2024 14:37:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-05 03:34:22.756078
• Title: Optimal Zeno Dragging for Quantum Control: A Shortcut to Zeno with Action-based Scheduling Optimization
• Title（参考訳）: 量子制御のための最適Zenoドラッグ:アクションベーススケジューリング最適化によるZenoへのショートカット
• Authors: Philippe Lewalle, Yipei Zhang, K. Birgitta Whaley,
• Abstract要約: 量子ゼノ効果は、「崩壊」事象が十分に強く頻繁であるときに、量子測定が同時ユニタリダイナミクスを阻害すると主張する。 監視可能な可観測領域を動的に変更することにより、"Zeno Dragging"と呼ばれる散逸制御を実装することができる。 これは、測定速度と比較して固有状態変化の速度が遅いときに、Zenoドラッグフィリティが最高になるという断熱過程と似ている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7373617024876725
• License:
• Abstract: The quantum Zeno effect asserts that quantum measurements inhibit simultaneous unitary dynamics when the "collapse" events are sufficiently strong and frequent. This applies in the limit of strong continuous measurement or dissipation. It is possible to implement a dissipative control that is known as "Zeno Dragging", by dynamically varying the monitored observable, and hence also the eigenstates which are attractors under Zeno dynamics. This is similar to adiabatic processes, in that the Zeno dragging fidelity is highest when the rate of eigenstate change is slow compared to the measurement rate. We demonstrate here two theoretical methods for using such dynamics to achieve control of quantum systems. The first, which we shall refer to as "shortcut to Zeno" (STZ), is analogous to the shortcuts to adiabaticity (counterdiabatic driving) that are frequently used to accelerate unitary adiabatic evolution. In the second approach we apply the Chantasri Dressel Jordan (2013, CDJ) stochastic action, and demonstrate that the extremal-probability readout paths derived from this are well suited to setting up a Pontryagin-style optimization of the Zeno dragging schedule. A fundamental contribution of the latter approach is to show that an action suitable for measurement-driven control optimization can be derived quite generally from statistical arguments. Implementing these methods on the Zeno dragging of a qubit, we find that both approaches yield the same solution, namely, that the optimal control is a unitary that matches the motion of the Zeno-monitored eigenstate. We then show that such a solution can be more robust than a unitary-only operation, and comment on solvable generalizations of our qubit example embedded in larger systems. These methods open up new pathways toward systematically developing dynamic control of Zeno subspaces to realize dissipatively-stabilized quantum operations.
• Abstract（参考訳）: 量子ゼノ効果は、「崩壊」事象が十分に強く頻繁であるときに、量子測定が同時ユニタリダイナミクスを阻害すると主張する。 これは強い連続測定や散逸の限界に当てはまる。 観測可能な観測値を動的に変化させることにより、「ゼノ・ドラグング」と呼ばれる散逸制御を実装することができ、したがって、ゼノダイナミクスの下でアトラクタとなる固有状態も実装できる。 これは、測定速度と比較して固有状態変化の速度が遅いときに、Zenoドラッグフィリティが最高になるという断熱過程と似ている。 ここでは、量子システムの制御を実現するために、そのような力学を使用するための2つの理論的方法を示す。 第1は「ゼノへのショートカット」(STZ)と呼び、単体的断熱進化を加速するために頻繁に使用される断熱運転(Meerdiabatic driving)のショートカットと類似している。 第2のアプローチでは、Chantasri Dressel Jordan (2013, CDJ) の確率的作用を適用し、これに由来する極端確率の読み出しパスが、Zenoドラッグングスケジュールのポントリャーギンスタイルの最適化の設定に適していることを示す。 後者のアプローチの基本的な貢献は、測定駆動制御最適化に適した作用が、統計的議論からかなり一般的に導出されることを示すことである。 これらの手法を量子ビットのZenoドラッグングに実装すると、どちらの手法も同じ解が得られること、すなわち最適制御がZenoモニタされた固有状態の運動に一致するユニタリであることが分かる。 次に、そのような解はユニタリのみの演算よりも堅牢であることを示し、より大規模なシステムに埋め込まれた量子ビット例の解可能な一般化についてコメントする。 これらの手法は、散逸的に安定化された量子演算を実現するために、ゼノ部分空間の動的制御を体系的に発展させる新しい経路を開く。

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