論文の概要: Energy Landscape Shaping for Robust Control of Atoms in Optical Lattices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.12564v1
• Date: Wed, 22 Jan 2025 01:05:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-23 13:28:02.655539
• Title: Energy Landscape Shaping for Robust Control of Atoms in Optical Lattices
• Title（参考訳）: 光格子中の原子のロバスト制御のためのエネルギー景観形成
• Authors: C. A. Weidner, S. P. O'Neil, E. A. Jonckheere, F. C. Langbein, S. G. Schirmer,
• Abstract要約: この研究は、超低温原子を用いた実践的な実装において、ロバストエネルギーランドスケープ制御の実現可能性を示す。 連続(レーザーパワー)と離散(DMDピクセルアクティベーション)の両方を効果的に扱う新しいハイブリッド最適化手法を定式化する。 固定された原子の連鎖におけるスピン移動を最大化するためにこれらの手法を適用し、ロバスト性を維持しながら高忠実度制御を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Robust quantum control is crucial for realizing practical quantum technologies. Energy landscape shaping offers an alternative to conventional dynamic control, providing theoretically enhanced robustness and simplifying implementation for certain applications. This work demonstrates the feasibility of robust energy landscape control in a practical implementation with ultracold atoms. We leverage a digital mirror device (DMD) to shape optical potentials, creating complex energy landscapes. To achieve a desired objective, such as efficient quantum state transfer, we formulate a novel hybrid optimization approach that effectively handles both continuous (laser power) and discrete (DMD pixel activation) control parameters. This approach combines constrained quasi-Newton methods with surrogate models for efficient exploration of the vast parameter space. Furthermore, we introduce a framework for analyzing the robustness of the resulting control schemes against experimental uncertainties. By modeling uncertainties as structured perturbations, we systematically assess controller performance and identify robust solutions. We apply these techniques to maximize spin transfer in a chain of trapped atoms, achieving high-fidelity control while maintaining robustness. Our findings provide insights into the experimental viability of controlled spin transfer in cold atom systems. More broadly, the presented optimization and robustness analysis methods apply to a wide range of quantum control problems, offering a toolkit for designing and evaluating robust controllers in complex experimental settings.
• Abstract（参考訳）: 実用的な量子技術を実現するためには、ロバストな量子制御が不可欠である。 エネルギーランドスケープ・シェーピングは従来の動的制御に代わるもので、理論的に強化されたロバスト性を提供し、特定のアプリケーションの実装を単純化する。 この研究は、超低温原子を用いた実践的な実装において、ロバストエネルギーランドスケープ制御の実現可能性を示す。 我々は、デジタルミラーデバイス(DMD)を利用して、光ポテンシャルを形作り、複雑なエネルギー景観を作り出す。 効率的な量子状態伝達などの目的を達成するために、連続(レーザーパワー)と離散(DMDピクセル活性化)の両方の制御パラメータを効果的に扱う新しいハイブリッド最適化手法を定式化する。 このアプローチは、制約付き準ニュートン法と代理モデルを組み合わせて、広大なパラメータ空間を効率的に探索する。 さらに,実験結果の不確実性に対する制御スキームの堅牢性を解析するための枠組みを提案する。 不確実性を構造的摂動としてモデル化することにより、制御器の性能を体系的に評価し、ロバストな解を同定する。 固定された原子の連鎖におけるスピン移動を最大化するためにこれらの手法を適用し、ロバスト性を維持しながら高忠実度制御を実現する。 本研究は, 低温原子系における制御されたスピン移動の実験的生存可能性について考察した。 より広範に、提案された最適化とロバストネス分析法は、複雑な実験環境でロバストコントローラを設計し評価するためのツールキットを提供する、幅広い量子制御問題に適用できる。

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