論文の概要: Optimal Control to Minimize Dissipation and Fluctuations in Open Quantum Systems Beyond Slow and Rapid Regimes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.01688v1
• Date: Mon, 02 Feb 2026 06:05:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-03 19:28:33.942115
• Title: Optimal Control to Minimize Dissipation and Fluctuations in Open Quantum Systems Beyond Slow and Rapid Regimes
• Title（参考訳）: スロー・ラピッド・レジームを超えたオープン量子系における散逸・ゆらぎの最小化のための最適制御
• Authors: Yuki Kurokawa, Yoshihiko Hasegawa,
• Abstract要約: 我々は、リンドブラッドマスター方程式によって支配されるオープン量子システムにおいて、散逸した作業と作業分散を最小限に抑えるための最適制御フレームワークを導入する。 コヒーレントなスピンボソンモデルでは、最適化されたプロトコルは異なる局所最適解を切り替えることができる。 フェルミオン型貯水池に結合した単一レベル量子ドットに対して、最適化されたゆらぎ最小化プロトコルは質的に異なる多段階構造を発達させる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3867363075280543
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Optimal control is a central problem in quantum thermodynamics. While control theories in the rapid-driving and slow-driving limits have been developed, to the best of our knowledge there is no general optimization method applicable to intermediate timescales. We introduce an optimal-control framework to minimize dissipated work and work variance, defined via the two-point measurement scheme, in open quantum systems governed by time-dependent Lindblad master equations. By introducing an auxiliary operator, we convert the history-dependent work variance into a time-local integral, enabling efficient gradient-based optimization beyond slow or rapid driving regimes. Applying our method, we find that in the coherent spin-boson model the optimized protocol can switch discontinuously between distinct locally optimal solutions as the relative weight between dissipation and fluctuations is varied. Moreover, for a single-level quantum dot coupled to a fermionic reservoir, the optimized fluctuation-minimizing protocol develops a qualitatively different multi-step structure that is not captured by approaches based on slow- or rapid-driving limits.
• Abstract（参考訳）: 最適制御は量子熱力学における中心的な問題である。 高速走行と低速走行の限界における制御理論が開発されているが、我々の知る限り、中間時間スケールに適用可能な一般的な最適化手法は存在しない。 我々は、時間依存のリンドブラッドマスター方程式によって支配されるオープン量子系において、2点測定スキームによって定義される散逸した作業と作業の分散を最小化する最適制御フレームワークを導入する。 補助演算子を導入することにより、履歴依存の作業分散を時間局所積分に変換し、遅い運転状態や急速運転状態を超えた効率的な勾配に基づく最適化を可能にする。 提案手法の適用により,コヒーレント・スピン・ボソンモデルでは,散逸とゆらぎの相対重みが変化するため,最適化されたプロトコルは異なる局所最適解間で不連続に切り替えることができることがわかった。 さらに、フェルミオン型貯水池に結合した単一レベル量子ドットに対して、最適化されたゆらぎ最小化プロトコルは、遅いあるいは高速な運転制限に基づくアプローチでは捉えられない定性的に異なる多段階構造を開発する。

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