利用子空间可控性:海森堡耦合量子比特阵列中单局域控制下的时间最优迪克态生成

该研究团队探讨了在相邻量子位间始终存在各向同性海森堡耦合的量子比特阵列中实现Dicke态的可行性,假设仅对执行器量子位施加z方向的塞曼型控制。李代数可控性判据表明,此类阵列虽不具备完全可控性,但在任意固定激发数的子空间上满足子空间可控条件。因此,该模型描述的量子比特阵列对于汉明权重相同的任意初末态选择具有态-态可控性。 研究重点在于利用这种有限可控性,以时间最优方式动态生成线性阵列中的a激发Dicke态|Dₐᴺ⟩(a=1,2,…,N−1),起始于一般性汉明权重为a的积态。为实现包括W态|Wᴺ⟩(a=1特例)在内的目标态最短时间制备,研究人员采用基于dCRAB(修饰截断随机基)算法的优化控制方案,通过单个局域Z控制完成。 具体方法为:在截断随机傅里叶基中优化平滑变化控制场的展开系数,使目标态保真度最大化。该工作结合了Nelder-Mead型局部优化与基于多重启动的聚类算法,有效实现全局极值搜索。通过此方法,研究人员获得了最多N=9量子比特阵列中Dicke态制备的最优控制场。数值结果表明,最短制备时间与N呈二次方标度关系。最后,研究还证实了该控制方案对于最优值微小偏差的鲁棒性。
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提交arXiv: 2025-12-30 18:38

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