Theoretical study of finite-time quantum control in open quantum systems

开放量子系统中有限时间量子控制的理论研究

基本信息

  • 批准号:
    18J00454
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.58万
  • 依托单位:
  • 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 2021-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究の目的は、有限時間で環境と相互作用にさらされている量子系を効率的に制御する手法(有限時間量子制御の手法)を明らかにすることである。この目的を達成するために、今年度では、counter-diabatic driving(CD)と呼ばれる、量子制御の手法が、環境によってどの程度パフォーマンスが低下するのかを明らかにした。この研究は、孤立系を最適制御するための量子制御手法が環境と相互作用する量子開放系でどの程度効率的に動作するのかという問題を解決し、開放系での最適制御手法を得るための重要な一歩になるのではないかと考えている。孤立量子系を効率的に制御する手法として、CDと呼ばれる手法は、量子系の非断熱的なエネルギー励起を打ち消すことができ、量子情報処理のプロトコルを高速化することができるだけでなく、量子熱機関を最大効率で高速化することができることも知られている。これらの結果は系が孤立していることを仮定しているため、実際の実験の状況のように、環境と系が相互作用している状況では、CDの効率は低下すると考えられている。そこで、本研究では、環境と相互作用する状況を取り扱うため、スピン・ボゾンモデルを用いて、量子操作のフィデリティの下限(環境によるエラーの上限)を求めた。量子速度限界などといった厳密な解析手法を用いることによって、量子マスター方程式が適用できる範囲を超えて、一切の近似無しでCDのパフォーマンスの下限を求めることができた。さらに、得られた不等式の等号成立条件は、環境と系の間の相互作用を時間的に変化させることで達成できることを示し、さらに等号成立のときはフィデリティが1となることを見出した。このプロトコルは、開放系でCDのエラーをゼロにすることができ、断熱過程のショートカットを実現できることを示している。
The purpose of this study is to control the efficiency of the quantum system through limited-time environment and interaction (limited-time quantum control method).このpurposeをachievedするために、this yearでは、counter-diabatic driving(CD)とHUばれる、Quantum Control Techniqueが、Environmental Controlによってどの Degree パフォーマンスが下注するのかを明らかにした.このResearchは、Isolated systemをOptimum controlするためのQuantum control techniqueがenvironmentとInteractionするQuantum open systemでどのOperation with high efficiency It is important to solve the problem of the open system and the optimal control technique of the open system. Isolated quantum system's efficient にcontrol technique として, CD's とcall ばれる technique は, quantum system's non-insulated なエネルギーstimulation and elimination すことができ, quantum system Information Processing Speed ​​up, Quantum The maximum efficiency of the heat engine is achieved by increasing the speed of the heat exchanger.これらのRESULTSは线がisolationしていることを仮定しているため、実记の実験の性のように、Environment and system がinteraction しているcondition では、CD のefficiency は するとtest えられている.そこで、This studyでは、Environment and interaction status をtake り扱うため、スピン・ボゾンモデルを用いて, quantum operation のフィデリティのlower limit (environment によるエラーのupper limit) をquest めた. The quantum speed limit analysis method is applicable to the quantum speed limit analysis method and the quantum speed limit equation.できる风囲を超えて、Everything's approximate no しでCDのパフォーマンスの下limitをquestめることができた.さらに, the condition for establishing the equality sign of the られた inequality, the interaction between the environment and the system, and the change of time させることで成できることをshowし、さらにequivalent number establishedのときはフィデリティが1となることを见出した.このプロトコルは、Open type でCDのエラーをゼロにすることができ、The thermal insulation process is as follows:

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
開放系における量子速度限界
开放系统中的量子速度极限
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    布能謙;白石直人;齊藤圭司
  • 通讯作者:
    齊藤圭司
Speeding up a quantum refrigerator via counterdiabatic driving
  • DOI:
    10.1103/physrevb.100.035407
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    K. Funo;Neill Lambert;B. Karimi;J. Pekola;Y. Masuyama;F. Nori
  • 通讯作者:
    K. Funo;Neill Lambert;B. Karimi;J. Pekola;Y. Masuyama;F. Nori
Enhancing the driving speed of a quantum refrigerator via counter-diabatic driving
通过反绝热驱动提高量子冰箱的驱动速度
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ken Funo;Neill Lambert;Bayan Karimi;Jukka Pekola;Yuta Masuyama;Franco Nori
  • 通讯作者:
    Franco Nori
アールト大学(フィンランド)
阿尔托大学(芬兰)
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
量子コヒーレンスによる熱力学的不確定性関係の実効的無効化
通过量子相干性有效消除热力学不确定性关系
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ken Funo;Naoto Shiraishi and Keiji Saito;布能 謙
  • 通讯作者:
    布能 謙
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布能 謙其他文献

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非マルコフ領域における有限時間量子制御手法と量子熱力学への応用
非马尔可夫域有限时间量子控制方法及其在量子热力学中的应用
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    23K13036
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 2.58万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
量子マクスウェルの悪魔とその光格子上の冷却原子気体への応用
量子麦克斯韦魔鬼及其在光学晶格上冷原子气体中的应用
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    13J04105
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 2.58万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows

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    $ 2.58万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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    2002
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    $ 2.58万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
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