論文の概要: Quantum Optimal Control for Coherent Spin Dynamics of Radical Pairs via Pontryagin Maximum Principle
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.01806v1
- Date: Sun, 03 Aug 2025 15:42:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-05 18:25:22.0704
- Title: Quantum Optimal Control for Coherent Spin Dynamics of Radical Pairs via Pontryagin Maximum Principle
- Title（参考訳）: ポントリャーギン最大原理によるラジカルペアのコヒーレントスピンダイナミクスの量子最適制御
- Authors: Ugur G. Abdulla, Jose H. Rodrigues, Jean-Jacques Slotine,
- Abstract要約: 本稿では、ラジカル対のスピンダイナミクスをコヒーレントな状態に駆動する外部電磁場の形状を考案することを目的とする。
バンバンバン最適制御の同定のための新しい反復型ポントリャーギン最大原理(IPMP)法を開発した。
結果は、生体現象の顕在化として磁気受容の潜在的な実験的研究の場を開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: This paper aims at devising the shape of the external electromagnetic field which drives the spin dynamics of radical pairs to quantum coherent state through maximization of the triplet-singlet yield in biochemical reactions. The model is a Schr\"{o}dinger system with spin Hamiltonians given by the sum of Zeeman interaction and hyperfine coupling interaction terms. We introduce a one-parameter family of optimal control problems by coupling the Schr\"{o}dinger system to a control field through filtering equations for the electromagnetic field. Fr\'echet differentiability and the Pontryagin Maximum Principle in Hilbert space is proved, and the bang-bang structure of the optimal control is established. A new iterative Pontryagin Maximum Principle (IPMP) method for the identification of the bang-bang optimal control is developed. Numerical simulations based on IPMP and the gradient projection method (GPM) in Hilbert spaces are pursued, and the convergence, stability and the regularization effect are demonstrated. Comparative analysis of filtering with regular optimal electromagnetic field versus non-filtering with bang-bang optimal field ({\it Abdulla et al, Quantum Sci. Technol., {\bf9}, 4, 2024}) demonstrates the change of the maxima of the singlet yield is less than 1\%. The results open a venue for a potential experimental work for the magnetoreception as a manifestation of quantum biological phenomena.
- Abstract（参考訳）: 本稿では, ラジカル対のスピンダイナミクスを量子コヒーレント状態に駆動する外部電磁場の形状を, 生化学反応における三重項-シグレット収率の最大化により考案することを目的とする。
このモデルは、ゼーマン相互作用と超微細カップリング相互作用項の和によって与えられるスピンハミルトニアンを持つSchr\"{o}dingerシステムである。
我々は、電磁場に対するフィルタリング方程式を用いて、Schr\"{o}dinger系を制御場に結合することにより、最適制御問題の1パラメータファミリーを導入する。
ヒルベルト空間におけるフレット微分性とポントリャーギン最大原理が証明され、最適制御のバンバン構造が確立される。
バンバンバン最適制御の同定のための新しい反復型ポントリャーギン最大原理(IPMP)法を開発した。
ヒルベルト空間におけるIPMPと勾配予測法(GPM)に基づく数値シミュレーションを行い, 収束, 安定性, 正規化効果を示す。
バンバン最適場を用いた正準最適電磁場と非フィルタリングの比較解析({\it Abdulla et al, Quantum Sci)
技術系。
, {\bf9}, 4, 2024}) は、一重項収率の最大値の変化が 1\% 未満であることを示す。
その結果、量子生物学現象の顕在化として磁気受容の潜在的な実験的研究の場が開かれた。
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