双量子系统最大纠缠态制备的两种控制方法

分别采用两种脉冲序列,对由两个自旋1/2粒子组成的四能级量子系统进行最大纠缠态的制备.基于部分受激拉曼绝热通道技术,设计了半反直觉脉冲序列;同时设计了基于面积控制的π脉冲控制序列.通过系统仿真实验,在参数选取对纠缠态制备性能影响分析的基础上,详细地给出了纠缠态制备中各个参数的优化过程,包括不同参数对纠缠态制备过程中系统几率影响的分析,纠缠态制备最佳参数的选取,以及制备系统最大纠缠态或贝尔(Bell)基态控制参数值的确定.     

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.     

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.     

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.     

基于半经典量子傅里叶变换的◢t◣-比特半经典相位估计算法实现

半经典量子傅里叶变换(quantum Fourier transform,QFT)是通过测量计算线路中特定的比特,依据测量结果经过经典信息处理控制下一个比特的变换.利用半经典量子傅里叶变换思想,提出了t-比特半经典量子相位估计算法,并在IBMQ Experience量子云平台、IBMqiskit量子模拟器和国内本源悟源云平台量子模拟器上开展了不同规模的半经典相位估计实验.实验表明,该方法提高了估计精度的同时减少了算法对线路规模和两比特受控门的依赖.     

开放环境下多比特量子计算机的相干控制模型

研究了开放环境下多比特量子计算系统的相干控制建模问题.基于开放量子系统的数学模型,选取适当的矩阵基将描述多比特量子计算机的复矩阵动态控制模型转化为实向量空间上的控制模型,并给出计算相应的结构系数的方法.这些工作提供了进一步研究控制律设计的基础.     

基于相位控制的硅微机械陀螺驱动控制技术

全面分析、研究并实现了一种基于相位控制的硅微机械陀螺(Silicon micromechanical gyroscope, SMG)驱动控制技术. 分析了硅微陀螺驱动模态的动力学特性,阐述了相位控制方案的基本原理; 在此基础上建立了控制环路,采用自激振荡理论分析了其稳定性; 建立了环路的相位模型,引入特异因子实现相位控制误差到频率差 (工作频率与驱动模态谐振频率之差)的转换; 建立了对应于相位控制环路的频率模型,当环路滤波器为一阶模型时, 与传递函数为二阶的信号跟踪锁相环(Phase locked loop, PLL)不同,总的闭环模型仅为一阶; 最后基于FPGA平台,采用线性鉴相方式设计了数字化相位控制环路, 并结合幅值控制实现了双闭环驱动控制电路.测试结果表明, 该方案可实现硅微陀螺驱动端的高精度控制.     

非线性非最小相位系统的控制研究综述

非线性非最小相位系统是指具有不稳定零动态或内部动态的非线性系统, 其本身固有的非最小相位特性限制了许多常规非线性控制方法(如反推控制、反馈线性化、滑模控制等)的直接应用. 因此, 非最小相位系统的控制比最小相位系统要困难得多, 是控制理论与工程应用中具有挑战性的课题之一. 本文综述了目前非线性非最小相位系统的研究成果, 着重介绍了非最小相位系统的成因、特性、 理想内模求解等问题, 并对其镇定、轨迹跟踪及路径跟踪等控制方法进行了分析比较. 最后, 讨论了非线性非最小相位系统研究领域中尚存在的问题, 并对其未来发展方向进行了展望.     

一类非最小相位非线性系统的自适应控制

针对一类非最小相位的非线性系统,通过引入一个近似系统,提出了一种简单的间接自适应控制方法,并分析了采用该方法后系统输出的跟踪性能,给出了输出跟踪误差的上限.该方法可克服现有的非线性自适应控制方法只能控制最小相位的非线性系统并且容易产生过度控制的缺点.     

随机开放量子系统的纯态开关反馈控制EI北大核心CSCD

针对目标态为纯态的情况,本文对有限维随机开放量子系统,提出一种同时适用于本征态和叠加态的开关控制,它是由常量控制和基于李雅普诺夫方法设计的控制律组成,实现随机开放量子系统的状态转移和收敛控制,其中,李雅普诺夫函数为系统的状态距离,常量控制用来驱动系统状态从初始状态进入含有目标态的收敛域中,李雅普诺夫控制用来使进入收敛域中的状态继续收敛到期望的目标态.将所提出的控制方法,应用于2比特随机开放量子系统进行了数值仿真实验,并与本征态开关控制律方法进行了性能对比,实验结果表明了所提出的控制律的优越性.     

量子系统动态函数的跟踪控制

以随时间变化的二次函数为目标函数,对采用薛定谔方程的量子系统进行轨迹跟踪研究。根据Lyapunov稳定性定理,选择误差的平方作为Lyapunov函数设计控制律,实现系统从任意初始状态到目标函数的跟踪。在Matlab环境下对不同初始状态进行了系统仿真及性能对比研究,分析了系统初始值以及控制中观测量对跟踪性能的影响,验证了控制律在跟踪目标函数上的优越性。     

量子力学系统的输出反馈控制

研究量子系统输出反馈控制问题建模以及控制律设计问题.首先讨论了量子力学VonNeumann测量原理与连续测量模型的一致性;然后在连续测量模型的基础上总结了已有量子反馈模型的结果,归纳出量子输出反馈控制系统模型;最后针对单比特振幅退相干抑制问题,利用线性直接输出反馈控制设计反馈控制律,指出利用最优控制的方法设计线性输出反馈控制的比例系数,可以得到较好的结果.     

求解量子系统时间最优控制问题的同伦算法研究

针对数值求解量子系统时间最优控制问题中反复调用梯度算法导致计算量大的问题,本文提出一类同伦算法用以快速求解量子系统的时间最优控制问题.与已有算法不同,这一算法通过引入同伦变量在减小终端时间的方向上搜索最优解.在这一算法中,可通过自由函数构造保真度函数对控制变量的梯度方向,也可通过方向函数引导算法的搜索方向,以加快算法的搜索速度.本文将这一算法用于求解量子系统态转移和门变换的时间最优控制问题.仿真结果表明这一算法的有效性.     

两能级量子系统的固定时间控制及鲁棒性

本文考虑刘维尔方程描述的两能级量子系统对于目标平衡态的固定时间控制问题.首先通过相干矢量和复数的指数形式对系统模型及控制目标进行等价变换,并借助合适的Lyapunov函数设计一个含分数幂的连续非光滑控制律,然后利用固定时间稳定性定理给出了系统实现固定时间收敛的条件.针对某些分数幂取值导致控制性能较差的情况,提出了两种非...     

量子系统控制中状态模型的建立

从控制的角度出发，通过将量子力学系统的态矢波函数和密度矩阵算符转化为几何空间状态的演化矩阵。对量子力学系统和系综进行了可实现的理论建模。从而将一个抽象的物理概念的操纵问题。转变成一个实在的易于数学操作和控制处理的几何空间状态的控制设计问题．最后给出了基于所建模型可进一步解决的有关量子系统控制的5个基本问题．     

磁场控制下的电子自旋量子系统参数辨识

了解量子控制系统的性能参数是设计精确控制器的基础. 为解决这一问题, 本文基于量子过程层析, 提出了辨识量子控制系统参数的方法, 设计了以电子自旋磁场控制系统为对象的具体实验方案, 并利用计算机仿真技术对其进行了模拟. 仿真结果表明, 辨识得到的量子控制系统参数与理论值较为吻合, 达到了预定的准确度指标. 结合理论分析和仿真结果可知, 利用量子过程层析可以有效实现量子控制系统的参数辨识.     

两能级封闭量子系统任意量子态的最优制备

在分析单量子位的Bloch球面表示的基础上,结合量子门实现量子态幺正演化的量子态调控机制,提出一种针对两能级封闭量子系统任意量子态的最优制备策略．该策略首先建立两能级量子系统及其控制场的模型;然后借助李群李代数．由经典最优控制的思想和约化动力学来获得最优控制,从而达到两能级封闭量子系统任意量子态的最优制备．理论分析与仿真实验表明了该策略的优越性．     

An implicit Lyapunov control for finite‐dimensional closed quantum systems

In this paper, the state convergence problem for closed quantum systems is investigated. We consider two degenerate cases, where the internal Hamiltonian of the system is not strongly regular or the linearized system around the target state is not controllable. Both the cases are closely related to practical systems such as one‐dimensional oscillators and coupled two spin systems. An implicit Lyapunov‐based control strategy is adopted for the convergence analysis. In particular, two kinds of Lyapunov functions are defined by implicit functions and their existences are guaranteed by a fixed point theorem. The convergence analysis is investigated by the LaSalle invariance principle for both cases. Moreover, the two Lyapunov functions are unified in a general form, and the characterization of the largest invariant set is presented. Finally, simulation studies are included to show the effectiveness and advantage of the proposed methods. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.