Statistical theory of controlled quantum dynamics
受控量子动力学统计理论
基本信息
- 批准号:EP/T022140/1
- 负责人:
- 金额:$ 45.01万
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Research Grant
- 财政年份:2021
- 资助国家:英国
- 起止时间:2021 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
We are currently entering a new technological era where harnessing quantum mechanical effects is at the core of applications ranging from computation to cryptography and metrology. The modelling, estimation and identification of quantum open systems are key enabling tools for a broad array of quantum engineering tasks such as state preparation and tomography, quantum feedback control, error correction, and high precision metrology. As quantum devices and measurement techniques become more sophisticated, experimenters have to interpret increasingly complex measurement datasets to obtain accurate information about the system's state and dynamics. Therefore, there is a need for expanding the mathematical foundations of quantum statistics beyond the traditional i.i.d. (independent, identically distributed) framework of state estimation, in order to tackle new inference problems involving correlated states of interacting systems, with realistic modelling of noise, and optimal experimental design. The goal of this proposal is to build a statistical theory of quantum stochastic processes in the framework of quantum input-output (I-O) dynamics. The I-O formalism describes the system of interest (e.g. quantum device, or sensor) as a black-box interacting with the outside world via input and output channels. These can model unwanted effects such as dephasing and leakage, or can be used to monitor and control the system using quantum feedback. The central premise of the proposal is that information about the dynamics is continuously encoded into the output state, and this resource can be exploited to perform tasks such as system identification, estimation and quantum enhanced metrology. The three central objectives are: (1) to develop new mathematical theory pertaining to central limit, concentration for quantum processes, and large deviations, in close relation to the theories of finitely correlated states and hidden Markov processes; (2) to build a general statistical framework for quantum estimation with I-O systems centred around the concept of local asymptotic normality; and (3) to employ these theoretical results for the design of new quantum metrology setups which exploit features such as dynamical phase transitions, including the use of novel methods for statistical learning of time-dependent parameters.
我们目前正在进入一个新的技术时代,利用量子力学效应是从计算到密码学和计量学等应用的核心。量子开放系统的建模,估计和识别是广泛的量子工程任务的关键使能工具,如状态准备和断层扫描,量子反馈控制,误差校正和高精度计量。随着量子设备和测量技术变得越来越复杂,实验人员必须解释越来越复杂的测量数据集,以获得有关系统状态和动态的准确信息。因此,有必要将量子统计的数学基础扩展到传统的i.i.d.之外。(独立,同分布)框架的状态估计,以解决新的推理问题,涉及相互作用的系统的相关状态,与现实建模的噪声,和最佳的实验设计。该方案的目标是在量子输入-输出(I-O)动力学的框架内建立一个量子随机过程的统计理论。I-O形式主义将感兴趣的系统(例如量子设备或传感器)描述为通过输入和输出通道与外部世界交互的黑盒子。这些可以模拟不必要的效应,如失相和泄漏,或者可以用于使用量子反馈来监视和控制系统。该提案的中心前提是,有关动态的信息被连续编码到输出状态中,并且可以利用这种资源来执行诸如系统识别、估计和量子增强计量等任务。三个主要目标是:(1)发展与量子过程的中心极限、集中度和大偏差有关的新的数学理论,并与量子关联态和隐马尔可夫过程理论密切相关;(2)建立一个以局域渐近正态性概念为中心的I-O系统量子估计的一般统计框架;以及(3)将这些理论结果用于新的量子计量设置的设计,所述新的量子计量设置利用诸如动态相变的特征,包括使用新的方法用于时间相关参数的统计学习。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
General Upper Bounds on Fluctuations of Trajectory Observables.
轨迹可观测量波动的一般上限。
- DOI:10.1103/physrevlett.131.197101
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:8.6
- 作者:Bakewell-Smith G
- 通讯作者:Bakewell-Smith G
Concentration Inequalities for Output Statistics of Quantum Markov Processes
- DOI:10.1007/s00023-023-01286-1
- 发表时间:2022-06
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Federico Girotti;J. P. Garrahan;M. Guţă
- 通讯作者:Federico Girotti;J. P. Garrahan;M. Guţă
Large deviations, central limit, and dynamical phase transitions in the atom maser
原子微波激射器中的大偏差、中心极限和动态相变
- DOI:10.1063/5.0078916
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:1.3
- 作者:Girotti F
- 通讯作者:Girotti F
Projected Least-Squares Quantum Process Tomography
投影最小二乘量子过程断层扫描
- DOI:10.22331/q-2022-10-20-844
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:6.4
- 作者:Surawy-Stepney T
- 通讯作者:Surawy-Stepney T
Optimal estimation of pure states with displaced-null measurements
通过零位移测量对纯态进行最优估计
- DOI:10.48550/arxiv.2310.06767
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Girotti F
- 通讯作者:Girotti F
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Large deviations and dynamical phase transitions in open quantum systems: from mathematical theory to physical applications
开放量子系统中的大偏差和动态相变:从数学理论到物理应用
- 批准号:
EP/J009776/1 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 45.01万 - 项目类别:
Research Grant
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量子信息处理统计理论
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Fellowship
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$ 45.01万 - 项目类别:
A Stage 1 Pilot Test for Feasibility and Efficacy of a Multi-Level Intervention To Increase Physical Activity in Adults with Intellectual Disability: Step it Up +
第一阶段试点测试多层次干预措施的可行性和有效性,以增加智力障碍成人的体力活动:加快步伐
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对黑人成年人进行基于信仰的身心干预的多地点可行性和可接受性
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旨在改善服务不足社区饮食的经过研究测试的移动农产品市场的有效性和实施
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一种互动式叙事干预措施,旨在解决尼日利亚艾滋病毒感染者年轻人的心理健康治疗差距
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10914342 - 财政年份:2023
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$ 45.01万 - 项目类别: