李金芳;辛、子轩;胡洁茹;何东山 基于自旋-（1/2）系统的泡利算符的量子最优控制。 （英语） Zbl 1516.81113号 国际J.Theor。物理学。 61，第12号，第268号论文，20页（2022年）. 摘要：量子控制是量子计算和量子模拟的一个重要领域。量子控制的关键是实现高保真的量子逻辑算符。本文基于自旋-（1/2）系统，利用量子最优控制理论对三个泡利逻辑算符进行了优化仿真。在Pauli z自旋呈现下，结果表明，在给定的量子初始态下，Pauli算符以保真度（0.9999）达到了预期的目标量子态。当控制脉冲施加在x轴上时，优化Pauli x算子以达到目标状态所需的迭代次数最少，优化Palli z算子所需迭代次数最多。此外，比较表明，当保真度达到0.9999时，量子终态的布居数可以达到理想的理论期望。此外，基于自旋1/2系统的Hadamard门的优化保真度也可以达到0.9999。最后，对量子态相位演化的研究表明，优化后的泡利x和泡利z逻辑算符的初始和最终量子态之间的相位差分别为（pi/2），优化后的泡利算符演化后，最终量子态与初始量子态之间没有相位差。 MSC公司： 81问题93 量子控制 81页68 量子计算 81页第10页 量子力学的逻辑基础；量子逻辑（量子理论方面） 81兰特25 旋量和扭量方法在量子理论问题中的应用 81页第47页 量子通道，保真度 关键词：泡利算子;自旋-（1/2）系统;忠诚度与人口 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{J.-F.Li}等人，国际期刊Theor。物理学。61，第12号，第268号文件，第20页（2022；Zbl 1516.81113） 全文： 内政部 参考文献： [1] Barenco，A。；Bennett，CH；克利夫，R。；DiVincenzo，DP；Margolus，北。；肖尔，P。；斯莱托，T。；斯莫林，JA；Weinfurter，H.，量子计算的基本门，物理学。版本A，52，3457（1995）·doi:10.1103/PhysRevA.52.3457 [2] 坎贝尔，ET；Terhal，BM公司；Vuillot，C.，《容错通用量子计算之路》，《自然》，549173（2017）·doi:10.1038/nature23460 [3] 黄，C-H；Goan，H-S，随机时变噪声的鲁棒量子门，物理。版次A，95，062325（2017）·doi:10.1103/PhysRevA.95.062325 [4] 尼尔森，马萨诸塞州；Chuang，IL，《信息量子与量子计算》（2000），剑桥：剑桥大学出版社，剑桥·Zbl 1049.81015号 [5] 拉比茨，H。；Zhu，WS，《分子运动的最优控制：设计、实现和反演》，化学学报。研究，33572（2000）·doi:10.1021/ar990054h [6] 蒂莫尼，N。；埃尔曼，V。；Glaser，S。；韦斯，C。；约翰·宁，M。；纽豪泽，W。；Wunderlich，C.，《带有囚禁离子的防错单量子比特门》，Phys。版本A，77，052334（2008）·doi:10.1103/PhysRevA.77.052334 [7] 辛格，K。；Poschinger，美国。；墨菲，M。；伊万诺夫，P。；齐塞尔，F。；卡拉科，T。；Schmidt-Kaler，F.，学术讨论会：作为量子比特的捕获离子：基本的数字工具，修订版。物理。，82, 2609 (2010) ·doi:10.103/修订版物理版82.2609 [8] 美国鲍尔森。；Sklarz，S。；Tannor，D。；Calarco，T.，通过最优控制校正带有推离子的量子门中的错误，Phys。版本A，82012339（2010）·doi:10.1103/PhysRevA.82.012339 [9] Treutlein，P。；泰晤士河州Hänsch；Reichel，J。；Negretti，A。；Cirone，马萨诸塞州；Calarco，T.，《原子芯片上稳健量子门的微波势和优化控制》，Phys。修订版A，74022312（2006）·doi:10.1103/PhysRevA.74.022312 [10] De Chiara，G。；卡拉科，T。；安德里尼，M。；蒙坦格罗，S。；Lee，PJ；棕色，BL；菲利普斯，WD；Porto，JV，光学晶格中量子门原子输运的最佳控制，物理学。版本A，77，052333（2008）·doi:10.1103/PhysRevA.77.052333 [11] 德国Chang；汤普森，JD；帕克，H。；Vuletic，V。；齐布罗夫，AS；Zoller，P。；Lukin，MD，使用纳米级等离子体结构捕获和操纵孤立原子，Phys。修订稿。，103, 123004 (2009) ·doi:10.1103/PhysRevLett.103.123004 [12] Doerk，H。；Idziaszek，Z。；卡拉科，T.，原子离子量子门，物理学。版本A，81，012708（2010）·doi:10.1103/PhysRevA.81.012708 [13] 戈尔兹，M。；卡拉科，T。；Koch，C.，捕获中性原子的最佳控制相位门的量子速度极限，J.Phys。B、 在摩尔Opt。物理。，44, 154011 (2011) ·doi:10.1088/0953-4075/44/15/154011 [14] Hacker，B。；韦尔特，S。；雷姆佩，G。；Ritter，S.，基于光学谐振器中单个原子的光子量子门，《自然》，536193（2016）·doi:10.1038/nature18592 [15] 钟，HS；Pan，JW，《使用光子的量子计算优势》，《科学》，70，6523（2020） [16] Waldherr，G.，固态混合自旋寄存器中的量子误差校正，《自然》，506204（2014）·doi:10.1038/nature12919 [17] 周，BB；Baksic，A。；里贝罗，H。；耶鲁，CG；Heremans，FJ；Jerger，P。；奥尔，A。；Burkard，G。；AA秘书；Awschalom，DD，在固态lambda系统中使用超绝热动力学进行加速量子控制，自然物理学。，13, 330 (2017) ·doi:10.1038/nphys3967 [18] 沃尔夫，CS；副总裁巴拉穆迪；王，HL；杜，CH；Manuilov，S。；Teeling-Smith，RM；AJ Berger；阿杜尔，R。；杨，FY；Hammel，PC，通过近端铁磁体的进动磁化对钻石自旋的非共振操纵，Phys。版本B，89，180406（2014）·doi:10.1103/PhysRevB.89.180406 [19] Hirose，M。；Cappellaro，P.，钻石中单个量子位的相干反馈控制，自然，532，77（2016）·doi:10.1038/nature17404 [20] Bhaskar，MK公司；Sukachev，DD；Sipahigil，A。；RE埃文斯；伯莱克，MJ；Nguyen，康涅狄格州；罗杰斯，LJ；西尤舍夫，P。；Metsch，MH；帕克，H。；Jelezko，F。；Lončar，M。；Lukin，医学博士，在纳米级金刚石波导中具有锗空位色中心的量子非线性光学，Phys。修订稿。，118, 223603 (2017) ·doi:10.1103/PhysRevLett.118.223603 [21] Lovchinsky，I.，使用量子逻辑对单个蛋白质进行核磁共振检测和光谱分析，《科学》，351，6275（2016）·Zbl 1355.81162号 ·doi:10.1126/science.aad8022 [22] DeMille，D.，捕获极性分子的量子计算，物理学。修订稿。，88, 067901 (2002) ·doi:10.1103/PhysRevLett.88.067901 [23] 铃木，S。；三岛，K。；Yamashita，K.，Ab《氨分子振动波包优化控制的初步研究：朝向分子量子计算》，《化学》。物理学。莱特。，410, 358 (2005) ·doi:10.1016/j.cplett.2005.05.090 [24] Bomble，L。；Lauvergnat，D。；Remacle，F。；Desouter-Lecomte，M.，《振动计算：通过最优控制模拟全加法器》，J.Chem。物理。，128, 064110 (2008) ·数字对象标识代码：10.1063/1.2806800 [25] Bomble，L。；Lauvergnat，D。；Remacle，F。；Desouter-Lecomte，M.，通过振动量子计算控制的全加法器或减法器，物理。版本A，80，022332（2009）·doi:10.1103/PhysRevA.80.022332 [26] Bomble，L。；Lauvergnat博士。；Remacle，F。；Desouter-Lecomte，M.，通过振动计算控制的全加-减器，物理学。化学。化学。物理。，12, 15628 (2010) ·数字对象标识代码：10.1039/c003687k [27] 李，S。；沈，P。；Chen，T。；Xue，Z-Y，通过绝热捷径实现非循环非绝热完整量子门，Fron。物理。，2015年5月16日（2021）·文件编号：10.1007/s11467-021-1087-4 [28] 刘，WW；张，CL；Zhang，L.，通过无传递量子驱动快速稳健地实现量子门，quantum Inf.Pro。，20, 118 (2021) ·Zbl 1509.81234号 ·doi:10.1007/s11128-021-03038-8 [29] 赵，TH；Wang，MH；周，B.，基于机器学习的最佳量子态变换，Quant。Inf.专业。，20, 212 (2021) ·Zbl 1509.81320号 ·文件编号：10.1007/s11128-021-03148-3 [30] 西米尼，V。；格拉迪尼，S。；Barbieri，M。；贾纳尼，I。；斯布罗西亚，M。；Buffoni，L。；Paternostro，M。；Caruso，F.，量子逻辑门能量学的实验表征，npj Quant。Inf.，6，96（2020）·doi:10.1038/s41534-020-00325-7 [31] 李，X。；吴，Y。；钢，D。；Gammon，D。；施蒂弗，TH；Katzer，DS；帕克·D。；Piermarocchi，C。；Sham，LJ，半导体量子点中的全光量子门，《自然》，301809（2003） [32] 耿，J。；吴，Y。；王，X。；Xu，K。；Shi，F。；谢毅。；荣，X。；杜，J.，固体中自旋量子位的实验时间最优通用控制，物理学。修订稿。，117, 170501 (2016) ·doi:10.1103/PhysRevLett.117.170501 [33] Xu，Y。；蔡伟（Cai，W.）。；马云（Ma，Y.）。；Mu，X。；胡，L。；Chen，T。；王，H。；宋，YP；Xue，Z-Y；尹，Z-Q；Sun，L.，超导电路中任意非绝热完整单量子比特量子门的单级实现，Phys。修订稿。，121, 110501 (2018) ·doi:10.1103/PhysRevLett.121.110501 [34] 埃巴迪，S。；Wang，TT；莱文，H。；基斯林，A。；Semeghini，G。；奥姆兰，A。；Lukin，MD，256原子可编程量子模拟器上的物质量子相，《自然》，5957866227-232（2021）·doi:10.1038/s41586-021-03582-4 [35] Tesch，CM；de Vivie-Riedle，R.，《振动分子量子计算：DeutschCJozza算法的基集独立性和理论实现》，J.Chem。物理。，121, 12158 (2004) ·doi:10.1063/1.1818131 [36] 赵，M。；Babikov，D.，振动量子比特中的相位控制，J.Chem。物理。，125, 024105 (2006) ·doi:10.1063/1.2220039 [37] 朱，J。；Kais，S。；魏强。；赫施巴赫，D。；Friedrich，B.，在摆动状态下使用极性分子实现量子逻辑门，J.Chem。物理。，138, 024104 (2013) ·doi:10.1063/1.4774058 [38] Ho，T-S；为什么有效的量子控制看起来很容易找到？，J.照片。光生物。A、 180、226-240（2006）·doi:10.1016/j.jphotochem.2006.03.038 [39] Ho，T-S；多明尼，J。；Rabitz，H.，受控量子动力学中幺正变换的前景，物理学。版本A，79，013422（2009）·doi:10.103/物理版本A.79.013422 [40] 舒，C-C；Ho，T-S；Xing，X。；Rabitz，H.，多约束下的频域量子最优控制，物理学。版本A，93，033417（2016）·doi:10.1103/PhysRevA.93.033417 [41] 舒，C-C；Ho，T-S；Rabitz，H.，优化控制场上具有精确等式约束的单调收敛量子最优控制方法，Phys。版本A，93，053418（2016）·doi:10.1103/PhysRevA.93.053418 [42] Nanduri，A。；Ho，T-S；Rabitz，H.，沿着控制场空间的直线路径观察的量子控制景观结构，Phys。版本A，93，023427（2016）·doi:10.1103/PhysRevA.93.023427 [43] 舒，C-C；董，DY；etersen，IRP；Henriksen，NE，用宽带超快激光脉冲完全消除非线性光-物质相互作用，物理学。版次A，95，033809（2017）·doi:10.1103/PhysRevA.95.033809 [44] 郭毅。；董，DY；Shu，C-C，通过塑造超快激光脉冲的光谱相位实现量子态转移的最佳和稳健控制，Phys。化学。化学。物理。，20, 9498 (2018) ·doi:10.1039/C8CP00512E [45] D’Alessandro，D。；Dahled，M.，二能级量子系统的最优控制，IEEE Trans。自动化。控制。，46, 866 (2001) ·Zbl 0993.81070号 ·doi:10.1109/9.928587 [46] 董，DY；吴振中；陈，CL；齐，B。；彼得森，IR；Nori，F.，学习产生通用量子门的强大脉冲，科学。代表，636090（2016）·doi:10.1038/srep36090 [47] Li，J.F.：任意两量子位状态的远程准备和量子逻辑门的最优控制。博士学位论文（上海：华东师范大学）（2019） [48] 科赫，CP；博斯卡因，美国。；卡拉科，T。；Dirr，G。；菲利普，S。；Glaser，SJ；Kosloff，R。；蒙坦格罗，S。；Schulte-Herbrüggen，T。；Sugny，D。；威廉，FK，量子技术中的量子最优控制。关于欧洲研究现状、愿景和目标的战略报告，EPJ Quant。技术。，9, 19 (2022) ·doi:10.1140/epjqt/s40507-022-00138-x [49] Glaser，SJ；博斯卡因，美国。；卡拉科，T。；科赫，CP；Köckenberger，W。；Kosloff，R。；库普罗夫一世。；洛伊，B。；Schirmer，S。；Schulte-Herbrüggen，T。；Sugny，D。；威廉，FK，训练薛定谔的猫：量子最优控制。欧洲物理研究现状、愿景和目标战略报告。J.D.，69，279（2015）·doi:10.1140/epjd/e2015-60464-1 [50] 杜邦，N。；Chatelain，G。；Gabardos，L。；阿纳尔，M。；J·比利。；Peaudecerf，B。；Sugny，D。；盖里·奥德林，D.，光学晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体的量子态控制，PRX量子。，2, 040303 (2021) ·doi:10.1103/PRXQuantum.2.040303 [51] 李，JF；胡，JR；Wan，F。；He，DS，通过两种光学控制方法优化分子摆态中的双量子比特量子门，Sci。众议员，1214918（2022）·doi:10.1038/s41598-022-18967-2 [52] Cerfontaine，P。；湿疹，T。；Ritzmann，J。；Humpohl，SS公司；路德维希，A。；舒赫，D。；Bougeard，D。；韦克，AD；Bluhm，H.，基于gaas的单三重态自旋量子位的闭环控制，具有99.5门保真度和低泄漏，国家通讯社。，11, 4144 (2020) ·doi:10.1038/s41467-020-17865-3 [53] 霍米达，AH；Sakrb，MR；Mohamedc，A-BA；Abdel-Atyd，M。；Obadae，A-SF，Rashba控制以最小化弹道纳米线中量子傅里叶算法的电路成本，Phys。莱特。A、 3831247（2019年）·兹比尔1472.81053 ·doi:10.1016/j.physleta.2019.01.034 [54] Probst，S。；Ranjan，V。；Ansel，Q。；Heeres，R。；阿尔巴尼斯，B。；阿尔贝蒂纳，E。；维昂，D。；Esteve，D。；Glaser，SJ；Sugny，D。；Bertet，P.，《量子限制电子自旋共振光谱中用于瞬态补偿的成形脉冲》，J Magn。资源。，303, 42-47 (2019) ·doi:10.1016/j.jmr.2019.04.008 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。