非断熱遷移と断熱時間発展の加速を用いた量子制御・量子操作

使用非绝热跃迁和绝热时间演化加速的量子控制/操纵

基本信息

批准号：
18J11053
负责人：
鳩村拓矢
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は断熱時間発展の加速と呼ばれる、本来であれば長い時間をかけなければ実現しないダイナミクスを短時間で実現する状態制御理論について研究をおこなった。特に、任意の古典スピン系における厳密な制御項の導出とその量子アニーリングの古典模型への応用、2成分Bose-Einstein凝縮体における近似的制御項の導出と猫状態生成過程への応用および粒子損失の効果の2点について研究した。前者では、古典スピン系における状態は量子系における2準位系の積状態として記述できることに着目し、2準位系の制御項を適用することを考えた。このとき、古典スピン系の正準運動方程式と2準位系の運動方程式とのアナロジーから、2準位系の制御項において、磁場を古典スピン系における有効磁場で置き換えればよいのではないかという予想を得た。実際に、得られた制御項の下でのダイナミクスは古典スピン系における断熱時間発展となることを証明し、我々の予想が正しかったことが明らかとなった。我々はこの理論を量子アニーリングの古典模型へと応用し、その性質を調べた。その結果として、量子アニーリングの問題点を明らかにし、またその改善点を示唆した。後者では、有限のサイズの系では臨界点上でも有限のエネルギーギャップが開いていることに着目し、2成分Bose-Einstein凝縮体における発散を抑えた制御項を提案し、猫状態生成過程への応用とその粒子損失の影響について調べた。その結果、我々の提案した手法は系の特殊な対称性に守られたような生成過程であり、またその生成された状態はパリティー測定を用いれば検出可能であることが明らかになった。また、粒子損失がないような理想的な状況では、生成された状態は高性能なセンサーとして用いることができることが明らかになった。さらに、粒子損失下であってもこのような状態を生成し、検出することができる可能性を示唆した。

今年，我们对国家控制理论进行了研究，该理论被称为绝缘时间发展的加速，这是一种国家控制理论，只能在短时间内短时间内实现。特别是，我们研究了两个点：在任何经典的自旋系统中严格控制项的推导及其在经典模型中的应用，其应用于经典模型，在两分量的Bose-Einstein冷凝物中的近似控制项的推导，对CAT状态生成过程的应用以及粒子损失的效果。在前者中，我们关注的事实是，经典自旋系统中的状态可以描述为量子系统中两级系统的产品状态，并考虑应用两级系统的控制项。目前，我们已经预测，从经典旋转系统运动的规范方程与两级系统运动方程之间的类比，有必要在两级系统的控制项中用经典旋转系统中的有效磁场替换磁场。实际上，我们证明了所获得的控制项下的动态是经典自旋系统中绝热时间的演变，并且揭示了我们的预测是正确的。我们将该理论应用于量子退火的经典模型，并研究了其特性。结果，阐明了量子退火的问题，还建议改善量子退火。在后一种情况下，我们集中于这样一个事实，即即使在有限大小的系统中的临界点处开放有限的能隙，并提出了一个控制术语，该术语抑制了两组分支的Bose-Einstein冷凝物中的差异，并研究了对CAT状态生成过程的应用及其对粒子损失的影响。结果，有人揭示了我们提出的方法是由系统特殊对称性保护的生成过程，并且可以使用奇偶校验测量来检测生成的状态。还显示，在没有粒子损失的理想情况下，生成的状态可以用作高性能传感器。此外，它表明即使在粒子丢失下也可以生成和检测到这种状态。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ポーランド科学アカデミー(ポーランド)

波兰科学院（波兰）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Shortcuts to adiabatic classical spin dynamics mimicking quantum annealing

DOI：
10.1103/physreve.98.032136
发表时间：
2018-06
期刊：
Physical Review E
影响因子：
2.4
作者：
Takuya Hatomura;Takashi Mori
通讯作者：
Takuya Hatomura;Takashi Mori

断熱時間発展の加速に基づく量子アニーリングの古典アルゴリズム

基于加速绝热时间演化的经典量子退火算法

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shiwaku Rei;Matsui Hiroyuki;Nagamine Kuniaki;Uematsu Mayu;Mano Taisei;Maruyama Yuki;Nomura Ayako;Tsuchiya Kazuhiko;Hayasaka Kazuma;Takeda Yasunori;Fukuda Takashi;Kumaki Daisuke;Tokito Shizuo;鳩村拓矢，森貴司
通讯作者：
鳩村拓矢，森貴司

粒子損失下における2成分BEC猫状態の断熱および超断熱生成

粒子损失下双组分 BEC 猫态的绝热和超绝热生成