基于无奇异动力学不变量的量子控制

状态制备是量子技术的基石,支撑着计算、通信和传感等领域的应用。在非马尔可夫开放量子系统中,环境记忆效应和模型不确定性为实现高保真度控制带来了重大挑战,其重要性愈发凸显。基于不变量的逆向工程为合成解析控制场提供了理论框架,但现有参数化方法常导致实验上难以实现的奇异脉冲,且仅限于林德布拉克形式等简化噪声模型。 该研究团队提出了一种适用于任意噪声条件下的单量子比特状态制备通用化不变量控制协议。该控制方案分两阶段实现:首先构造可实现封闭系统中完美状态制备的有界脉冲族;随后从该脉冲族中遴选出对噪声效应抑制最优的成员。该框架兼具双重功能:(i)针对可表征噪声,实现噪声感知型控制合成;(ii)针对未表征噪声,通过无需主方程描述的噪声无关变体保持鲁棒性。数值模拟表明,该方案在生成平滑且硬件可实现的控制场同时,能针对不同目标态实现高保真度状态制备。这种无奇点框架将基于不变量的控制方法扩展至现实开放系统体系,为在含噪声中等规模量子(NISQ)硬件及其他展现非马尔可夫动力学的平台上实现鲁棒量子态工程提供了通用技术路径。
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作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-10-17 06:05

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