给定环境下稳定开放量子系统的哈密顿量方法

针对耗散已知情况下Lindblad主方程描述的开放量子系统,本文通过哈密顿量的设计实现了系统对于目标平衡态的稳定化.借助相干矢量体系,将矩阵形式下的原始系统模型转换为了一个矢量形式的线性系统,并证明了变换前后系统稳定属性的等价性.通过保证矢量化线性系统模型的稳定性,并使系统的唯一平衡态等于期望的目标态,得到了系统哈密顿量的设计框架.特别地,本文讨论了这两类条件下系统哈密顿量各元素的范围,并指出根据它们的交集即可构成所设计的系统哈密顿量.最后,在一个两能级系统上进行了数值仿真实验,验证了本文哈密顿量稳定化方案的有效性.     

基于相干控制的二能级量子系统退相干抑制

对于二能级开放量子系统,研究了利用相干控制抑制退相干效应的问题.首先讨论了二能级开放量子系统在相干控制下的建模问题,将退相干抑制归结为与环境噪声解耦的控制问题.然后,引入开环控制抑制退相干,并证明该控制可使系统状态中的部分分量与环境噪声渐近解耦.最后引入反馈控制,使得系统状态的相应分量可以与环境精确解耦,同时能够避免测量引入的量子噪声的影响.     

三能级原子系统中量子态相干保持的控制策略

研究光与物质的相互作用并利用其性质设计新型的量子器件,以实现光信息存储及其消相干抑制.分析了以单色激光场为控制场的A型三能级原子系统的主方程模型,借助于无消相干子空间的构造方法,通过改变耦合激光场Rabi频率的方式,设计了实现系统中量子态相干保持的控制策略.     

用量子广义测量控制消相干

本文探讨了把量子广义测量和无消相干子空间 (DFS) 结合起来抑制消相干的潜力. 证实了: 把量子广义子空间投影测量 (QGSPM) 和量子广义分类投影测量 (QGCPM) 与 DFS 算子条件结合起来, 可以有效增强 Markovian 和非 Markovian 量子开放系统抑制消相干的能力. 强调了量子测量可以作为操控量子态的重要手段. 本方法的优点在于可以构造性地设计相干控制哈密顿量.     

Non-Markovian开放量子系统的特性分析与状态转移

针对时间无卷积的二能级Non-Markovian开放量子系统, 分别研究了环境截断频率、耦合系数和系统振荡频率对系统衰减系数、相干性和纯度的影响, 并根据不同数值对系统性能影响的分析结果来确定合适的系统仿真实验的参数; 基于李雅普诺夫稳定性定理设计了用于系统状态转移的控制场; 在Matlab环境下进行了系统数值仿真实验,研究了Non-Markovian系统自由演化轨迹的特性, 以及在所设计的控制器作用下纯态到纯态的状态转移,并通过性能对比实验, 验证了所提出的量子李雅普诺夫控制方法应用于Non-Markovian系统状态转移的有效性, 同时分析了控制参数、截断频率参数对控制系统性能的影响.     

量子非马尔科夫特性的度量与调控

如何全面系统地认识和理解量子非马尔科夫特性是当前量子信息领域的一个热点问题,已经取得了一些重要的理论与实验研究进展.本文将主要介绍两种分别基于量子互信息与量子Fisher信息矩阵角度的非马尔科夫特性的刻画准则,并通过两个具体例子,讨论它们与已有度量之间的关系和层次结构.除此之外,本文利用量子控制方法,实现了对此量子特性的有效调控,将无记忆的马尔科夫过程转化为有记忆的非马尔科夫过程.     

利用相位的自旋1/2量子系统的相干控制

针对两个自旋1/2粒子组成的封闭量子系统, 建立了具有Ising相互作用的量子系统模型. 在此基础上通过具有特定幅值及相对相位的半反直觉脉冲, 制备了相应的量子相干态. 并通过系统数值仿真实验, 归纳出系统终态与相对相位之间的近似关系式, 分析了控制脉冲的幅值和时间延迟对制备过程的影响. 利用部分绝热通道技术实现了相位相干控制.     

特征结构下基于极点配置的多变量预测控制

本文提出了特征结构下基于极点配置的多变量预测控制方法,该方法通过选择一组可调 参数使各特征子系统的闭环极点达到预定的数值,进而计算出各特征子系统中的控制器参数． 仿真试验证实了本文算法的有效性.     

基于相干模型的机载雷达杂波模拟器

为评估机载雷达性能需要研制杂波模拟器,采用软件硬件相结合的方法,根据机载雷达杂波相干模型产生杂波模拟基带数据,将该数据传送给模拟器,由模拟器将基带杂波数字信号进行数字上变频并转换为中频模拟信号;该模拟器能够根据不同的设置参数生成符合要求的功率谱特征和信号幅度分布特征的杂波模拟信号,其实测结果和仿真结果相一致;该模拟器设计简单、灵活,通用性强,为机载雷达杂波的模拟和工程实现提供了可行的方法。     

特定条件下石墨烯可变身拓扑绝缘体,为制造量子计算机提供了新思路

正据美国麻省理工学院网站报道,该校研究人员发现在某些极端情况下可将石墨烯转化为具有独特功能的拓扑绝缘体,该研究首次证实了单片石墨烯对自旋电子具有选择性;也首次证明了石墨烯能够对电子运行的方向、通电与否的状态进行控制。完成了研究人员一直试图实现而没有获得成功的工作,为量子计算机的制造提供新思路。     

开放量子系统状态最优跟踪控制的研究

利用Liouville超算符变换方法,对伴随着耗散的开放量子系统状态演化的方程进行精简,并在最优控制的基础上,利用随时间变化的密度函数来设计性能指标,提出了一种高效的单调收敛的最优跟踪控制方法。此方法可以使系统在实数空间中沿给定时间变化的轨迹运动,并控制其随时间变化的布居数。同时,在MATLAB环境下以两能级开放量子系统为例,对这种方法进行了实验仿真,分析了不同惩罚因子α的变化与选取对系统性能的影响。     

量子计算机:量子算法与物理实现

量子算法与物理实现是量子计算机研究中的两个基本问题。本文首先总结了相关领域的主要进展,并讨论了有代表性的量子算法,特别介绍了用于求解线性方程组的量子算法,分析了影响新量子算法提出的因素。然后,探讨了物理实现的迪文森佐判据,并介绍了典型的实现方案及性能比较。同时,也关注了对量子计算机研究持有异议的观点。最后,对量子计算机的新研究方向作了探讨。     

Preparation of Hadamard Gate for Open Quantum Systems by the Lyapunov Control Method

In this paper, the control laws based on the Lyapunov stability theorem are designed for a two-level open quantum system to prepare the Hadamard gate, which is an important basic gate for the quantum computers. First, the density matrix interested in quantum system is transferred to vector formation. Then, in order to obtain a controller with higher accuracy and faster convergence rate, a Lyapunov function based on the matrix logarithm function is designed. After that, a procedure for the controller design is derived based on the Lyapunov stability theorem. Finally, the numerical simulation experiments for an amplitude damping Markovian open quantum system are performed to prepare the desired quantum gate. The simulation results show that the preparation of Hadamard gate based on the proposed control laws can achieve the fidelity up to 0.9985 for the different coupling strengths.      

二能级量子系统的构造控制稳定性研究

由于量子态在Hilbert空间中的酉演化性质,经典稳定性概念在量子动力学中几乎没有意义。利用两个量子态保真度衰减的线性响应近似形式,提出一种分析量子系统构造控制稳定性的方法。对二能级量子构造控制系统在静态干扰下的保真度摄动分析表明,当有较多控制脉冲的径向坐标等于π/2时,控制系统取得较大的稳定性。两种不同的构造控制酉分解方法的数值仿真结果证明了理论分析的正确性。该分析方法有助于设计高稳定性的量子控制系统。     

基于开放式控制系统的精馏塔实验装置控制系统

研发了能够兼容大多数PLC并支持常用现场总线的开放式控制系统，为企业提供了管理和控制一体化系统的综合解决方案。以化工过程典型装置之一的精馏塔实验装置为例，采用MOORE（摩尔）公司的NCS（net concentrator system）系统，在其开放式控制系统平台上进行了设计和开发。实际测试结果表明，该系统运行状况良好，系统的可靠性、先进性均能达到预期的指标。     

Pole placement approach to coherent passive reservoir engineering for storing quantum information

Reservoir engineering is the term used in quantum control and information technologies to describe manipulating the environment within which an open quantum system operates. Reservoir engineering is essential in applications where storing quantum information is required. From the control theory perspective, a quantum system is capable of storing quantum information if it possesses a so-called decoherence free subsystem (DFS). This paper explores pole placement techniques to facilitate synthesis of decoherence free subsystems via coherent quantum feedback control. We discuss limitations of the conventional `open loop'' approach and propose a constructive feedback design methodology for decoherence free subsystem engineering. It captures a quite general dynamic coherent feedback structure which allows systems with decoherence free modes to be synthesized from components which do not have such modes.     

Controllability and Universal Three-qubit Quantum Computation with Trapped Electron States

We show how to control and perform universal three-qubit quantum computation with trapped electron quantum states. The three qubits are the electron spin, and the first two quantum states of the cyclotron and axial harmonic oscillators. We explicitly show how universal three-qubit gates can be performed. As an example of a quantum algorithm, we outline the implementation of the three-qubit Deutsch-Jozsa algorithm in this system.      

运载火箭飞行控制系统双机仿真技术研究

运载火箭飞行控制系统的研制要求越来越高,需要有一项新的仿真技术及方法,全面验证飞控计算机软硬件设计的正确性,并能在实验室和火箭发射场环境下进行半实物仿真试验。该文对这项技术及方法进行了研究,提出了双机仿真技术方案：双机仿真系统组成、对飞控计算机软硬件设计要求、双机同步仿真方法、伴随仿真方法。这项技术及方法,已在试验实践中得到了很好的应用,满足了运载火箭飞行控制系统越来越高的研制要求,已成为一项十分有效的试验手段。