論文の概要: Optimizing stimulated Raman adiabatic passage for leakage suppression via Pontryagin's maximum principle
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.09196v1
- Date: Fri, 10 Apr 2026 10:29:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-13 17:57:53.822364
- Title: Optimizing stimulated Raman adiabatic passage for leakage suppression via Pontryagin's maximum principle
- Title（参考訳）: ポントリャーギンの最大原理による漏洩抑制のための最適ラマン断熱路
- Authors: Xiao-Yu Dong, Xi-Lai Wang, Wen-Long Ma,
- Abstract要約: 有限スペクトル選択性を持つ制御パルスは、しばしば3レベル部分空間を残りの部分空間に結合し、転送性能を制限するリークを導入する。
本稿では,このリーク部分空間を明示的に組み込んだマルチレベル連鎖モデルをSTIRAPに適用する。
パルスパラメータに対する目的関数の明確な勾配を導出し、逆直観的STIRAPパルス順序を保ちながら漏れを抑制する効率的な低次元最適化を実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.002928708992052
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The standard stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP) protocol enables high-fidelity quantum state transfer in an ideal three-level system via adiabatic following of a dark state evolution. However, in practical systems with more energy levels, control pulses with finite spectral selectivity often couple the three-level subspace to the remaining subspace, introducing leakage that fundamentally limits the transfer performance. Here, we adopt a multilevel chain model for STIRAP that explicitly incorporates this leakage subspace. Using Pontryagin's maximum principle, we formulate a leakage-penalized quantum optimal control problem with the control pulses constrained to experimentally feasible Gaussian pulse families. We derive explicit gradients of the objective functional with respect to the pulse parameters, enabling efficient low-dimensional optimization that suppresses leakage while preserving the counterintuitive STIRAP pulse ordering. Numerical simulations for a superconducting transmon platform demonstrate that the optimized control pulses can significantly enhance the target-state transfer fidelity and provide enhanced robustness to amplitude miscalibration and detuning drifts.
- Abstract（参考訳）: 標準的なRaman adiabatic passage (STIRAP)プロトコルは、ダークステート進化のアディアバティックに続く理想的な3レベルシステムにおいて、高忠実な量子状態の転送を可能にする。
しかし、よりエネルギーレベルの高い実用的なシステムでは、有限スペクトル選択性を持つ制御パルスは、しばしば3レベル部分空間を残りの部分空間に結合し、転送性能を根本的に制限するリークを引き起こす。
本稿では,このリーク部分空間を明示的に組み込んだマルチレベル連鎖モデルをSTIRAPに適用する。
ポントリャーギンの最大原理を用いて、実験的に実現可能なガウスパルス系列に制約された制御パルスを用いて、漏れ補償量子最適制御問題を定式化する。
パルスパラメータに対する目的関数の明確な勾配を導出し、逆直観的STIRAPパルス順序を保ちながら漏れを抑制する効率的な低次元最適化を実現する。
超伝導トランスモンプラットフォームのための数値シミュレーションにより、最適化された制御パルスは目標状態の伝達フィデリティを著しく向上し、振幅の誤校正やデチューニングドリフトに対する堅牢性を高めることができることを示した。
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