Optimal control simulation of ultrafast coherent dynamics of ferroic systems

铁系统超快相干动力学的最优控制模拟

• 批准号: 20K05414
• 负责人: 大槻 幸義
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05414/
• 关键词: 量子最適制御; 量子ビット; スピン; デコヒーレンス; レーザーパルス; コヒーレント制御; 機械学習; 量子最適化; 強誘電体; 強磁性体

非共鳴レーザーパルスを使った操作は，物質に吸収されるエネルギーを必要最小限に抑えることができるので，強秩序系のような凝縮相では有力な量子制御法である。構造変化を誘起するモードに関して，昨年度，非共鳴レーザーパルスが非調和性による振動波束の広がり（位相緩和）を高確率で抑制できることを報告した。非共鳴レーザーパルスは包絡線関数を通してのみ物質と相互作用するため，物質の波動関数の位相の制御は限定的であると考えられていたが，本研究は従来の予測を超えた制御の可能性を示唆している。そこで，2022年度は非共鳴レーザーパルスを使った振動モードの量子制御の可能性に関して，最適制御法とヨウ素分子モデル系を使っ徹底的に明らかにすることを目指した。まず，２通りの照射タイミングからなるパルス列により，エネルギー分解に必要な時間よりも短い時間で高確率で選択的分布制御が達成できることを明らかにした。波束整形制御（分布と相対位相の同時制御）においては，パルス照射タイミングと自由時間発展による位相変化との組み合わせを最適解として導けて。波束の位相緩和の抑制の一般化に関しては，波束の初期相対位相のズレがそれほど大きくない場合，ほぼ100％の達成度で位相緩和が抑制できることを数値的およびモデル解析式で明らかにした。現在，論文を作成中である。強磁性体のコヒーレントなスピン反転制御に関しては，「反転できなかった」という最新の実験報告に対して最適制御法に基づき解析・拡張を試みた。スピンダイナミクスを精緻に測定できることから，タイヤモンド窒素空孔（NV）中心を想定しデコヒーレンスの大きさを系統的に変えながらシミュレーションを行った。その結果，コヒーレントなスピン反転が難しくなる原因を，デコヒーレンスに伴う系の純粋度の減少と解明できた（成果を論文に発表した）。新規に，エネルギー指定の最適化の開発にも成功した。

Non-resonant operation is the minimum necessary for the absorption of matter, and the condensation of strong order systems is the most powerful quantum control. The structure of the vibration beam is induced by the non-resonance of the vibration beam, and the vibration beam is suppressed with high accuracy. This study is intended to demonstrate the possibility of future prediction and control of the interaction between matter and non-resonance envelope. In 2022, the possibility of quantum control of non-resonant vibration is related to the optimal control method and molecular vibration system. 2. The distribution control of the selection is achieved in a short time and with a high accuracy rate. Beam-shaping control (distribution, phase contrast and simultaneous control) is an optimal solution for beam shaping control and free time development. Generalization of phase mitigation suppression of beams is related to the fact that when the initial phase of the beam is relatively large, the phase mitigation suppression is achieved by 100% of the time. Now, the thesis is made in the middle of the paper. Ferromagnetic materials are subject to anti-magnetic control. The latest report on anti-magnetic control is based on the analysis of tensile strength. The first step is to determine whether or not to change the size of the system. As a result, the reasons for the decrease in purity of the system are explained. The new regulations specify the optimization and development of successful projects.

项目成果

機械学習により予測するレーザー誘起の整列制御ランドスケープ図

机器学习预测的激光诱导对准控制景观

• 发表时间: 2022
• 作者: 何俊宇;本郷照久;難波知太郎，大槻幸義
• 通讯作者: 難波知太郎，大槻幸義

Optimal control for suppressing wave packet spreading with strong non-resonant laser pulses

强非谐振激光脉冲抑制波包扩展的优化控制

• DOI: 10.1103/physreva.104.033107
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review A
• 影响因子: 2.9
• 作者: Y. Ohtsuki;T. Namba;H. Katsuki;K. Ohmori
• 通讯作者: K. Ohmori

機械学習に基づく制御ランドスケープ図の予測:レーザー誘起分子3次元整列の温度依存性

基于机器学习的控制景观图预测：激光诱导 3D 分子排列的温度依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryota Sato;Hajime Okajima;Shinya Sugiura;Yohei Haketa;Yusuke Kinoshita;Hitoshi Tamiaki;Akira Sakamoto;Hiromitsu Maeda and Yoichi Kobayashi;難波知太郎，大槻幸義
• 通讯作者: 難波知太郎，大槻幸義

最適制御法を用いたNVセンターへの量子位相推定アルゴリズムの実装シミュレーション

NV中心采用最优控制方法实现量子相位估计算法的仿真

• 发表时间: 2022
• 作者: Masataka Kinoshita;Kazuya Kitada;Tatsuo Nozaki;中村拓世・矢後友暁・若狭雅信;Tomoko Inose;三上翠跳，大槻幸義
• 通讯作者: 三上翠跳，大槻幸義

最適制御シミュレーションによる非共鳴レーザーパルスを用いた振動波束制御法の開発

通过最优控制仿真开发使用非谐振激光脉冲的振动波包控制方法

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuhiko Furuya;Akira Sakamoto;Mitsuo Tasumi;佐野有里紗，近藤正人，石橋孝章;石井玲音，難波知太郎，大槻幸義，香月浩之，大森賢治
• 通讯作者: 石井玲音，難波知太郎，大槻幸義，香月浩之，大森賢治