論文の概要: Precise Quantum Control of Molecular Rotation Toward a Desired Orientation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.10196v1
- Date: Fri, 14 Feb 2025 14:41:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-17 18:06:44.591821
- Title: Precise Quantum Control of Molecular Rotation Toward a Desired Orientation
- Title（参考訳）: 分子回転の精密量子制御
- Authors: Qian-Qian Hong, Daoyi Dong, Niels E. Henriksen, Franco Nori, Jun He, and Chuan-Cun Shu,
- Abstract要約: 本稿では, 最適振幅, 位相, 遅延を有するレーザーパルスシーケンスを用いて, 量子状態の限られたセットを正確に制御するための解析的枠組みを提案する。
この研究は、分子内の多レベルサブシステムに対する精密な制御を達成するための重要な進歩である。
分子配向や配向、超低温極性分子の精密量子制御に関連する様々な分野の分野にも応用できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.845860843908279
- License:
- Abstract: The lack of a direct map between control fields and desired control objectives poses a significant challenge in applying quantum control theory to quantum technologies. Here, we propose an analytical framework to precisely control a limited set of quantum states and construct desired coherent superpositions using a well-designed laser pulse sequence with optimal amplitudes, phases, and delays. This theoretical framework that corresponds to a multi-level pulse-area theorem establishes a straightforward mapping between the control parameters of the pulse sequence and the amplitudes and phases of rotational states within a specific subspace. As an example, we utilize this approach to generate 15 distinct and desired rotational superpositions of ultracold polar molecules, leading to 15 desired field-free molecular orientations. By optimizing the superposition of the lowest 16 rotational states, we demonstrate that this approach can achieve a maximum orientation value of $|\langle\cos\theta\rangle|_{\rm{max}}$ above 0.99, which is very close to the global optimal value of 1 that could be achieved in an infinite-dimensional state space. This work marks a significant advancement in achieving precise control over multi-level subsystems within molecules. It holds potential applications in molecular alignment and orientation, as well as in various interdisciplinary fields related to the precise quantum control of ultracold polar molecules, opening up considerable opportunities in molecular-based quantum techniques.
- Abstract（参考訳）: 制御場と所望の制御目的の間の直接写像の欠如は、量子制御理論を量子技術に適用する上で大きな課題となる。
本稿では、量子状態の限られたセットを正確に制御し、最適な振幅、位相、遅延を持つよく設計されたレーザーパルスシーケンスを用いて所望のコヒーレント重ね合わせを構築するための分析フレームワークを提案する。
マルチレベルパルス領域定理に対応するこの理論的枠組みは、パルス列の制御パラメータと特定の部分空間内の回転状態の振幅と位相との直接的なマッピングを確立する。
例えば、この手法を用いて、15個の異なる所望の極性分子の回転重ね合わせを生成し、15個の所望のフィールドフリー分子配向を生成する。
最低16個の回転状態の重ね合わせを最適化することにより、この手法が無限次元の状態空間で達成できる1の大域的最適値に非常に近い$|\langle\cos\theta\rangle|_{\rm{max}}$0.99の最大配向値を達成することができることを示した。
この研究は、分子内の多レベルサブシステムに対する精密な制御を達成するための重要な進歩である。
分子配向や配向、超低温極性分子の精密な量子制御に関する様々な分野の分野における潜在的な応用を有しており、分子ベースの量子技術においてかなりの機会をもたらす。
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