論文の概要: Probing the Weak-Driving Quantum Speed Limit via Drift-Aware Shooting Methods

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.22212v1
• Date: Sat, 20 Jun 2026 20:19:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-25 22:01:07.991128
• Title: Probing the Weak-Driving Quantum Speed Limit via Drift-Aware Shooting Methods
• Title（参考訳）: ドリフトアウェアシューティング法による弱駆動量子速度限界の探索
• Authors: Denis Janković, Saba Taherpour, Paul-Louis Etienney, Paul-Antoine Hervieux, Christoph Wolf,
• Abstract要約: エネルギーに関するポントリャーギンの最大原理にインスパイアされた射法であるMAGICARPは、小さなパラメータの集合から全パルスを生成する。 整合ゲートでクロトフPEとベンチマークすると、MAGICARPは最低エネルギーと保存パルス領域を一貫して達成する。 未選択最適化の実行に関する大規模な統計調査は、2つの交換結合電子スピンに対する弱い駆動量子速度制限を解決している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A central goal of quantum optimal control is to achieve high-fidelity and low-energy control pulses. When quantum optimal control methods optimize every point of a pulse discretized over small time steps independently this can yield high fidelity control but also results in broadband and energy-hungry waveforms. We extend MAGICARP -- a shooting method inspired by Pontryagin's maximum principle on energy that generates an entire pulse from a small set of parameters, making it smooth and energy-efficient by construction -- from driftless systems to closed systems with the constant drift Hamiltonian of two exchange-coupled spins in an external magnetic field. The optimization proceeds in stages: the dressed states of the drift Hamiltonian structure the target, an initial shooting optimization is performed in the rotating-wave frame, and an exact laboratory-frame refinement follows. Benchmarked against Krotov and GRAPE at matched gate infidelity, MAGICARP consistently achieves the lowest energy and a conserved pulse area, concentrates its spectral weight on the gate-relevant transitions, and is the most robust to fluctuations in the exchange coupling; GRAPE independently converges to essentially the same pulse, while Krotov's method pays an order-of-magnitude energy premium. Moreover, a large statistical survey of unselected optimization runs resolves a weak-driving quantum speed limit for two exchange-coupled electron spins: low-amplitude realizations of the two-qubit quantum Fourier transform cease to exist below a critical gate time $T^*$ set by the drift's interaction rate, and the minimum control energy diverges on approach to this limit. The divergence obeys a simple two-parameter area-pole law, $E_2^{\mathrm{law}}(T)=A/T+B/(T-T^*)$, whose first term is the time-optimal area cost and whose second term is a pole at the speed limit.
• Abstract（参考訳）: 量子最適制御の中心的な目標は、高忠実で低エネルギーの制御パルスを達成することである。 量子最適制御法が小さな時間ステップで独立に離散化されたパルスの全ての点を最適化すると、これは高い忠実度制御をもたらすが、ブロードバンドおよびエネルギーハーグリー波形をもたらす。 MAGICARPはポントリャーギンの最大エネルギー原理にインスパイアされ、小さなパラメータの集合からパルス全体を発生し、構造によってスムーズでエネルギー効率が良く、ドリフトレスシステムから外部磁場中の2つの交換結合スピンの定常ドリフトハミルトニアンを持つクローズドシステムへと拡張する。 最適化は段階的に進み、ドリフトハミルトニアン構造の着飾った状態がターゲットとなり、回転波のフレームで初期射撃の最適化が行われ、正確な実験用フレームの改良が続く。 整合したゲート不整合でクロトフとGRAPEとベンチマークされたMAGICARPは、常に最低エネルギーと保存されたパルス領域を達成し、そのスペクトル重量をゲート関連遷移に集中させ、交換結合の揺らぎに最も頑健であり、GRAPEは独立に同じパルスに収束する一方、クロトフの手法はオーダー・オブ・マグニチュード・エナジー・プレミアムを支払う。 さらに、2ビット量子フーリエ変換の低振幅化は、ドリフトの相互作用速度によって設定された臨界ゲート時間$T^*$以下に終了し、最小制御エネルギーはこの限界へのアプローチによって分岐する。 発散は単純な2パラメータ領域極法、$E_2^{\mathrm{law}}(T)=A/T+B/(T-T^*)$に従う。

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