論文の概要: Optimal Control of Spin Qudits Subject to Decoherence Using Amplitude-and-Frequency-Constrained Pulses

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.15785v1
• Date: Sat, 23 Mar 2024 10:10:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-26 21:02:48.409611
• Title: Optimal Control of Spin Qudits Subject to Decoherence Using Amplitude-and-Frequency-Constrained Pulses
• Title（参考訳）: 振幅・周波数制約パルスを用いたデコヒーレンスを考慮したスピン量子の最適制御
• Authors: Alonso Hernández-Antón, Fernando Luis, Alberto Castro,
• Abstract要約: 信号の最大振幅と周波数を拘束できる定式化を導入する。 得られるパルスは、シュル・オーディンガーの方程式で達成されたパルスと比較して、連続的に操作忠実度を向上する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Quantum optimal control theory (QOCT) can be used to design the shape of electromagnetic pulses that implement operations on quantum devices. By using non-trivially shaped waveforms, gates can be made significantly faster than those built by concatenating monochromatic pulses. Recently, we applied this technique to the control of molecular spin qudits modelled with Schr\"odinger's equation and showed it can speed up operations, helping mitigate the effects of decoherence [Phys. Rev. Appl. {\bf 17}, 064028 (2022)]. However, short gate times result in large optimal pulse amplitudes, which may not be experimentally accessible. Introducing bounds to the amplitudes then unavoidably leads to longer operation times, for which decoherence can no longer be neglected. Here, we study how to improve this procedure by applying QOCT on top of Lindblad's equation, to design control pulses accounting for decoherence already in the optimization process. In addition, we introduce a formulation that allows us to bound the maximum amplitude and frequency of the signals, which are the typical limitations of waveform generators. The pulses we obtain consistently enhance operation fidelities compared to those achieved with Schr\"odinger's equation across various target gates and durations, demonstrating the flexibility and robustness of our method. The improvement is larger the shorter the spin coherence time $T_{2}$.
• Abstract（参考訳）: 量子最適制御理論(QOCT)は、量子デバイス上での動作を実装する電磁パルスの形状を設計するために用いられる。 非自明な形状の波形を用いることで、ゲートは単色パルスを連結して作られるものよりもはるかに高速にできる。 近年,Schr\\odinger方程式でモデル化した分子スピンキューディットの制御に本手法を適用し,操作の高速化を図り,デコヒーレンス効果の軽減に寄与した[Phys]。 Rev. Appl。 bf 17}, 064028 (2022)] しかし、ゲート時間が短いとパルス振幅が大きくなり、実験ではアクセスできない可能性がある。 振幅へのバウンダリの導入は必然的に長い操作時間をもたらし、デコヒーレンスを無視することができない。 本稿では, 最適化プロセスにおけるデコヒーレンスを考慮した制御パルスの設計にリンドブラッド方程式上にQOCTを適用することにより, この手順を改善する方法について検討する。 さらに、波形発生器の典型的な制限である信号の最大振幅と周波数を拘束できる定式化を導入する。 得られたパルスは、様々な目標ゲートと持続時間にわたってシュリンガー方程式を用いて達成したパルスと比較して、連続的に操作忠実性を向上し、この手法の柔軟性と堅牢性を示す。 この改善はスピンコヒーレンス時間を短くするほど大きく、T_{2}$である。

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