通过漂移感知打靶法探测弱驱动量子速度极限
量子最优控制的一个核心目标是实现高保真度且低能耗的控制脉冲。当量子最优控制方法对离散化到小时间步长的脉冲每个点进行独立优化时,虽然能实现高保真度控制,但也会导致宽带宽和高能耗的波形。该团队将MAGICARP——一种基于庞特里亚金能量极大值原理的激振法,该方法通过少量参数生成整个脉冲,从构造上保证了平滑与高能效——从无漂移系统扩展到闭系统,这类系统包含外磁场中两个交换耦合自旋的恒定漂移哈密顿量。优化分阶段进行:漂移哈密顿量的缀饰态构建了目标;在旋转波框架中进行初始激振优化;随后在实验室框架中进行精确修正。在与Krotov和GRAPE方法在相同门保真度下进行基准比较时,MAGICARP始终能实现最低能量和守恒的脉冲面积,将频谱权重集中在与门相关的跃迁上,并且对交换耦合的波动最为鲁棒;GRAPE方法独立收敛到基本相同的脉冲,而Krotov方法则需付出一个数量级的能量代价。此外,对大量未选定的优化运行进行的统计调查揭示了两个交换耦合电子自旋的弱驱动量子速度极限:低于由漂移相互作用率设定的临界门时间 \(T^*\) 时,两比特量子傅里叶变换的低振幅实现不复存在,且逼近该极限时最小控制能量发散。该发散遵循一个简单的二参数极点面积定律,\(E_2^{\mathrm{law}}(T)=A/T+B/(T-T^*)\),其第一项是时间最优面积代价,第二项是速度极限处的极点。
量科快讯
1 天前
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