論文の概要: Benchmarking indirect quantum control schemes via higher-order quantum operations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.18409v1
• Date: Wed, 16 Sep 2026 10:02:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-20 08:55:53.746372
• Title: Benchmarking indirect quantum control schemes via higher-order quantum operations
• Title（参考訳）: 高次量子演算による間接量子制御スキームのベンチマーク
• Abstract要約: 間接量子制御は、補助コントローラへの介入を通じてターゲットシステムを操作することを目的としている。 高次量子演算の言語を用いて、有限ステップ間接制御プロトコルを定式化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.3332469289621787
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Indirect quantum control aims to manipulate a target system through interventions on an auxiliary controller with which it interacts. We formulate finite-step indirect-control protocols using the language of higher-order quantum operations, representing admissible controller manipulations as deterministic superinstruments. This representation separates the uncontrolled but fixed dynamics from the controllable operations and allows the optimal control problem to be written as a semidefinite program for a chosen figure of merit. The resulting optimum gives an operational benchmark by providing the best performance achievable by a finite sequence of control operations, including protocols with classical or quantum feed-forward. More restricted and experimentally motivated control classes, such as independent unitary controls or memoryless quantum channels, can then be compared against this benchmark. We illustrate the framework with a two-step qubit-purification task, in which an initially mixed target qubit is steered toward a pure state through a fixed interaction with a controller qubit. The example shows regimes where simple unitary strategies saturate the higher-order benchmark, as well as regimes where they are provably suboptimal. This approach provides a systematic way to study the value of control resources in indirect quantum-control schemes.
• Abstract（参考訳）: 間接量子制御は、それが相互作用する補助コントローラへの介入を通じてターゲットシステムを操作することを目的としている。 我々は、高階量子演算の言語を用いて有限ステップ間接制御プロトコルを定式化し、許容可能なコントローラ操作を決定論的超構造として表現する。 この表現は、制御不可能な操作から制御不能だが固定されたダイナミクスを分離し、最適な制御問題を、選択されたメリットの図形に対する半定的なプログラムとして記述することを可能にする。 結果の最適性は、古典的または量子的フィードフォワードのプロトコルを含む、制御操作の有限列によって達成可能な最高のパフォーマンスを提供することによって、運用ベンチマークを提供する。 独立したユニタリ制御やメモリレス量子チャネルなど、より制限され実験的に動機付けられた制御クラスは、このベンチマークと比較できる。 本稿では,初期混合ターゲットキュービットをコントローラキュービットとの固定相互作用により純粋な状態に向けて操る2ステップのキュービット浄化タスクを用いて,フレームワークを解説する。 この例は、単純なユニタリ戦略が高次のベンチマークを飽和させるレジームと、それらが確実に準最適であるレジームを示している。 このアプローチは、間接量子制御スキームにおける制御資源の価値を研究する体系的な方法を提供する。

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