論文の概要: Singularity-free dynamical invariants-based quantum control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.15340v1
• Date: Fri, 17 Oct 2025 06:05:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-20 20:17:34.48873
• Title: Singularity-free dynamical invariants-based quantum control
• Title（参考訳）: Singularity-free dynamical invariants-based quantum control
• Authors: Ritik Sareen, Akram Youssry, Alberto Peruzzo,
• Abstract要約: 任意の雑音条件下での単一量子状態準備のための不変プロトコルを提案する。 このフレームワークは, (i) 特徴雑音に対応し, (ii) 雑音認識制御合成が可能であり, (ii) 雑音非依存な変種が主方程式記述を必要とせずに頑健性を維持する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: State preparation is a cornerstone of quantum technologies, underpinning applications in computation, communication, and sensing. Its importance becomes even more pronounced in non-Markovian open quantum systems, where environmental memory and model uncertainties pose significant challenges to achieving high-fidelity control. Invariant-based inverse engineering provides a principled framework for synthesizing analytic control fields, yet existing parameterizations often lead to experimentally infeasible, singular pulses and are limited to simplified noise models such as those of Lindblad form. Here, we introduce a generalized invariant-based protocol for single-qubit state preparation under arbitrary noise conditions. The control proceeds in two-stages: first, we construct a family of bounded pulses that achieve perfect state preparation in a closed system; second, we identify the optimal member of this family that minimizes the effect of noise. The framework accommodates both (i) characterized noise, enabling noise-aware control synthesis, and (ii) uncharacterized noise, where a noise-agnostic variant preserves robustness without requiring a master-equation description. Numerical simulations demonstrate high-fidelity state preparation across diverse targets while producing smooth, hardware-feasible control fields. This singularity-free framework extends invariant-based control to realistic open-system regimes, providing a versatile route toward robust quantum state engineering on NISQ hardware and other platforms exhibiting non-Markovian dynamics.
• Abstract（参考訳）: 状態準備は量子技術の基盤であり、計算、通信、センシングの応用の基盤となっている。 その重要性は、環境記憶とモデルの不確実性が高忠実性制御を達成する上で重要な課題となる非マルコフ的オープン量子システムにおいてさらに顕著になる。 不変ベースの逆エンジニアリングは、解析制御場を合成するための原則化されたフレームワークを提供するが、既存のパラメータ化はしばしば実験的に実現不可能な特異パルスをもたらし、リンドブラッド形式のような単純化されたノイズモデルに制限される。 本稿では,任意の雑音条件下での単一量子状態生成のための一般化不変プロトコルを提案する。 制御は2段階で進行する: まず、閉系における完全な状態準備を実現する有界パルスの族を構築し、次に、雑音の影響を最小限に抑えるこの族を最適に同定する。 フレームワークは両方に対応します 一 騒音を特徴とし、騒音を意識した制御合成を可能にすること、 (二)主方程式記述を必要とせずに、雑音非依存の変種が頑健性を維持する非文字化雑音。 シミュレーションにより、多種多様な目標に対して高忠実度状態の準備を行い、スムーズなハードウェア実現可能な制御場を創出する。 この特異性のないフレームワークは、不変ベースの制御を現実的なオープンシステム体制に拡張し、非マルコフ力学を示すNISQハードウェアや他のプラットフォーム上で、堅牢な量子状態工学への汎用的な経路を提供する。

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