波导量子电动力学系统中大型空腔的最优滤波

在波导量子电动力学(QED)系统中,可通过设计具有多个远距离耦合点的巨型腔体,使其量子场相互作用方式与传统量子光学腔系统存在显著非马尔可夫动力学差异。为实现对该系统的反馈控制,本文为巨型腔系统设计了最优滤波器,用于估计其在连续量子测量下的状态演化。首先,基于海森堡绘景推导了朗之万方程,该线性连续时间系统因独特的远距离耦合特性而同时具有状态延迟与输入延迟。相较于现有建模方法,该公式有效保留了原系统的非局域耦合特性和多重延迟动力学特征。特别值得注意的是,耦合传播延迟导致不同时刻系统算符的非对易性,这使得现有量子滤波方法无法直接应用。为解决该问题,所设计的最优滤波器通过计算延迟状态协方差矩阵,采用逐时间区间迭代评估延迟状态协方差的方式,最终实现基于区间反向递归算法的最优滤波。数值仿真通过对比相干态与猫态的Wigner函数演化与滤波器估计结果,验证了所提最优滤波器对巨型腔系统的跟踪性能有效性。

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提交arXiv: 2026-03-24 02:02

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