最优控制在量子传感时间分辨协议中的应用

量子传感的时间分辨测量方案旨在捕捉外场快速时变特性,要求在短探测时间τ内实现高场灵敏度。由于量子态演化操作均计入探测耗时,评估该方案性能需建立端到端测量流程的完整描述:初始态必须为无外场时传感器量子比特的本征态,最终投影测量需在同一本征态基下完成。基于前人提出的量子传感器时间分辨测量极限理论,该研究团队运用最优控制理论优化该方案。分析表明存在临界探测时间T*:当τ<T*时最优方案为纯bang-bang控制;当τ>T*时最优方案需引入奇异控制。针对高时间分辨需求的短τ区间,研究人员提出全程平滑控制的“失谐方案”,克服了控制参数突跳这一实验实现主要障碍。长τ区间的最优方案近似拉姆齐序列,通过构建基于量子费希尔信息最大化的参照方案,揭示了理论最优与实际可行测量间的差异。该方案的有效应用需满足待测时域信号可完全重复生成的条件,文中以超导量子比特控制中基带磁通脉冲失真的标定为例说明了潜在应用价值。

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