論文の概要: Time-optimal single-scalar control on a qubit of unitary dynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.01785v1
- Date: Wed, 02 Apr 2025 14:48:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-03 13:20:43.752481
- Title: Time-optimal single-scalar control on a qubit of unitary dynamics
- Title（参考訳）: 単位力学の量子ビット上の時間最適単一スカラー制御
- Authors: Chungwei Lin, Qi Ding, Petros T. Boufounos, Yanting Ma, Yebin Wang, Dries Sels, Chih-Chun Chien,
- Abstract要約: 最適プロトコルに関する一般的な制約は導出され、時間-最適解を厳格にパラメータ化するために使用される。
完全ゲート忠実度を維持しながらバンバン制御の急激な変化を円滑に行う方法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.441867059132447
- License:
- Abstract: Optimal control theory is applied to analyze the time-optimal solution with a single scalar control knob in a two-level quantum system without quantum decoherence. Emphasis is \change{placed} on the dependence on the maximum control strength $u_\text{max}$. General constraints on the optimal protocol are derived and used to rigorously parameterize the time-optimal solution. Two concrete problems are investigated. For generic state preparation problems, both multiple bang-bang and bang-singular-bang are legitimate and should be considered. Generally, the optimal is bang-bang for small $u_\text{max}$, and there exists a state-dependent critical amplitude above which singular control emerges. For the X-gate operation of a qubit, the optimal protocol \change{is exclusively} multiple bang-bang. The minimum gate time is about 80\% of that based on the resonant Rabi $\pi$-pulse over a wide range of control strength; in the $u_\text{max} \rightarrow 0$ limit this ratio is derived to be $\pi/4$. To develop practically feasible protocols, we present methods to smooth the abrupt changes in the bang-bang control while preserving perfect gate fidelity. \change{The presence of bang-bang segments in the time-optimal protocol} indicates that the high-frequency components and a full calculation (instead of the commonly adopted Rotating Wave Approximation) are essential for the ultimate quantum speed limit.
- Abstract（参考訳）: 最適制御理論は、量子デコヒーレンスを伴わない2レベル量子システムにおいて、単一のスカラー制御ノブで時間最適解を解析するために適用される。
最大制御強度 $u_\text{max}$ への依存度は \change{placed} である。
最適プロトコルに関する一般的な制約は導出され、時間-最適解を厳格にパラメータ化するために使用される。
2つの具体的な問題について検討する。
一般的な状態準備問題では、複数のバンバンとバンシングルバンの両方が合法であり、考慮すべきである。
一般に、最適値は小さな$u_\text{max}$に対してbang-bangであり、上述の特異制御が現れる状態依存臨界振幅が存在する。
キュービットのXゲート演算に対して、最適なプロトコル \change{is は多重バンバンである。
最小ゲート時間は、幅広い制御強度に対する共振器 Rabi $\pi$-pulse に基づいて、約 80 % であり、$u_\text{max} \rightarrow 0$ limit では、この比は$\pi/4$ となる。
実用的なプロトコルを開発するために,完全ゲート忠実性を保ちながらバンバン制御の急激な変化を円滑に行う手法を提案する。
時間-最適プロトコルにおけるバンバンセグメントの存在は、周波数成分と(一般に採用されている回転波近似の代わりに)完全な計算が究極の量子速度限界に必須であることを示している。
関連論文リスト
- Gradient projection method for constrained quantum control [50.24983453990065]
我々は、量子制御の問題にGPM(Gradient Projection Method)を採用する。
この方法の主な利点は、境界を正確に満たすことができることである。
GPMを1および2キュービットゲートと2キュービットベルおよびワーナー状態の生成を含むいくつかの例に適用する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-11-29T11:56:55Z) - Quantum geometric protocols for fast high-fidelity adiabatic state transfer [0.0]
量子計量テンソルに基づく最適制御のためのフレームワークを開発する。
この枠組みは、高密度エネルギースペクトルでさえ、高速で高忠実な断熱パルスを可能にする。
幾何学的プロトコルでは、転送ファイドライトは超高速20nsパルスに対して$F>99%$であることを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-09-04T21:14:32Z) - Quantum control landscape for generation of $H$ and $T$ gates in an open
qubit with both coherent and environmental drive [57.70351255180495]
量子計算における重要な問題は、ハダマール (H$) や$pi/8$ (T$) のような単一量子ビットの量子ゲートの生成である。
ここでは、コヒーレント制御と環境を用いた$H$および$T$ゲートの最適生成の問題を、非コヒーレント制御によりキュービットに作用する資源として検討する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-09-05T09:05:27Z) - Quantum Gate Optimization for Rydberg Architectures in the Weak-Coupling
Limit [55.05109484230879]
我々は,Rydberg tweezerシステムにおける2ビットゲートの機械学習支援設計を実演する。
我々は,高忠実度CNOTゲートを実装した最適パルス列を生成する。
単一量子ビット演算の局所的な制御は、原子列上で量子計算を行うのに十分であることを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-06-14T18:24:51Z) - Multi-squeezed state generation and universal bosonic control via a
driven quantum Rabi model [68.8204255655161]
ボゾン自由度に対する普遍的な制御は、量子ベース技術の探求において鍵となる。
ここでは、駆動量子ラビモデルを介して、ボソニックモードの興味と相互作用する単一の補助的な2レベルシステムを考える。
ガウス門と非ガウス門の大きな類を決定論的に実現することは十分であることを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-09-16T14:18:53Z) - Application of Pontryagin's Maximum Principle to Quantum Metrology in
Dissipative Systems [8.920103626492315]
我々は「ツイスト・アンド・ターン」問題に対して量子フィッシャー情報を最大化する最適制御を求める。
最適制御は散逸することなく特異であるが、量子デコヒーレンスを導入すると非有界となる。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-04-30T00:02:57Z) - Implementation of the SMART protocol for global qubit control in silicon [0.623014942746354]
シリコン量子ドット内の単一スピンマイクロ波を制御するための新しいプロトコルを実装した。
単一量子ビットの普遍的な制御は、局所ゲートを介してスターク変調シフト制御を用いて実証される。
この研究により、将来のスケーラブルなスピン量子ビットアレイは、グローバルマイクロ波制御と局所ゲートアドレス可能性を用いて動作可能であることが示された。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-08-02T12:46:49Z) - Quantum control landscape for ultrafast generation of single-qubit phase
shift quantum gates [68.8204255655161]
単一量子ビット位相シフト量子ゲートの超高速制御問題を考える。
大域的最適制御は、最大忠実度でゲートを実現する制御である。
Trapは、ローカルにのみ最適だが、グローバルにはないコントロールである。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-04-26T16:38:43Z) - Direct Optimal Control Approach to Laser-Driven Quantum Particle
Dynamics [77.34726150561087]
間接制御理論に対する頑健で柔軟な代替手段として, 直接最適制御を提案する。
この方法は、バイスタブルポテンシャルにおけるレーザー駆動のウェーブパレットダイナミクスの場合に説明される。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-10-08T07:59:29Z) - High-fidelity software-defined quantum logic on a superconducting qudit [23.29920768537117]
現代の固体量子プロセッサは、離散量子ビット演算(ゲート)による量子計算にアプローチする
原則として、このアプローチは非常に柔軟であり、各アプリケーションのための特定の制御プロトコルの開発を必要とせずに、キュービットのヒルベルト空間を完全に制御できる。
量子ハードウェア上の現在のエラーレートは、(複雑なエラーレートで)一緒にベッドし、存続できるプリミティブゲートの数に厳しい制限を課す。
ここでは、プリミティブゲートセットに依存しないソフトウェア定義の$0leftarrow2$ SWAPゲートの実装への取り組みを報告し、平均ゲート忠実度を99.4ドルとする。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-05-27T05:12:51Z) - Optimal Protocols in Quantum Annealing and QAOA Problems [0.0]
最適制御理論の枠組みを解析的に適用し、ある一定時間に与えられたとき、最適手順がQAOAの始点と終点のパルス(または「バンバン」)構造を持つことを示す。
これは、バンバン(QAOA)プロトコルが理想的なことを示唆する以前の作品とは対照的である。
この理論的な研究を支援するために、我々は様々な横フィールドIsingモデルのシミュレーションを行い、バン・アンニール・バンプロトコルがより一般的であることを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-03-19T18:00:05Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。