神经网络通过测量数据刻画量子系统

在日新月异的量子计算与量子信息领域,如何“读懂”量子系统内存储的量子信息成为科学家们关注的焦点。可以想象,想要准确了解一个复杂的量子系统,就像从拼图的碎片中复原一幅巨大的全景图。然而,量子系统的“全景图”因为其信息量的爆炸,往往超越了传统实验方法的能力。

n比特随机量子系统实时状态估计及其反馈控制

研究了n比特随机量子系统实时状态估计及其反馈控制的问题.对于连续弱测量(Continuous weak measurement, CWM)过程存在高斯噪声的情况,基于在线交替方向乘子法(Online alternating direction multiplier method,OADM)推导出一种适用于n比特随机量子系统的实时量子状态估计算法,即QSE-OADM (Quantum state estimation based on OADM).运用李雅普诺夫方法设计控制律,实现基于实时量子状态估计的反馈控制,并证明所提控制律的收敛性.以2比特随机量子系统为例进行数值仿真实验,通过与基于QST-OADM (Quantum state tomography based on OADM)算法和OPG-ADMM (Online proximal gradient-based alternating direction method of multipliers)算法的量子反馈控制方案的性能对比,验证了所提控制方案的优越性.

二态量子系统准确布居动力学的一类新型相空间表示及其与三角窗函数的关系

二态系统是最简单的且无经典对应的量子系统,对二态系统的同构表示的认识和研究能启发研究人员对其动力学与统计行为的更深刻理解.本文使用在[J.Chem.Phys.145,204105(2016);J.Chem.Phys.151,024105(2019);J.Phys.Chem.Lett.12,2496(2021)]等文章中发展的约束相空间严格理论、非协变相空间函数、含时权重函数与含时归一化因子来构建一类新型量子相空间表示.这类同构表示可以导出二态量子系统布居动力学的准确结果.约束相空间上的轨迹运动方程同构于含时薛定谔方程.每条相空间轨迹对于布居动力学所对应积分表达式的贡献严格半正定。进一步证明了在[J.Chem.Phys.145,144108(2016)]这篇文章中根据经验提出的三角窗函数方法在本质上可以对应于本文的这类新型相空间表示的一个特殊情况,因此同样是二态量子系统准确布居动力学的同构表示.

开放量子系统时间演化方程的矩阵表示

开放量子系统是指主量子系统不可避免地与其周围的环境发生耦合所形成的新的量子系统。研究了描述开放量子系统时间演化过程的两个主方程所确定的量子过程的矩阵表示,分别给出了几种特殊演化过程下矩阵表示的刻画形式,并讨论了其相关性质。

人造量子系统的理论研究与代数动力学

从控制与利用微观系统的量子工程的观点，讨论了人造量子系统的基本物理问题。针对人造量子系统中的一大类———非自治量子系统的求解问题，提出了代数动力学理论方法。运用代数动力学，对人造量子系统进行了理论研究；对可积的非自治系统，详细介绍了线性系统和非线性可积系统的求解问题；对不可积系统，用代数动力学观点研究了量子规则运动和无规运动的特征，它们之间的过渡，以及它们对时间有关外场的不同响应。

量子系统控制发展综述

详细论述了量子系统控制理论从提出到现在近二十年的发展过程。首先介绍了量子系统可控性的研究及其进展,并简要分析了简单量子系统的开环控制方法,然后把重点放在学习控制和反馈控制等几种典型闭环控制方法的讨论上,分析了它们各自的优缺点,并根据量子控制的发展趋势,对其应用和发展前景进行了预测,从整体上系统地描述了建立一套完整的量子控制系统所需要的五个基本步骤,最后在此基础上提出了制约量子系统控制发展的几个关键性问题。

量子系统的辛算法

本文找到了量子系统当哈密顿算符为实算符时的辛结构,为将辛算法应用于量子系统提供了一条途径.

非旋波近似下有外加驱动场时二态量子系统的退相干性

采用非旋波近似,讨论了热库中二态量子系统在外加驱动场作用下的退相干性。利用系统的演化酉算符,计算出了二态量子系统的约化密度矩阵非对角矩阵元。结果表明:二态量子系统的量子相干性与其初始状态、热库和外加驱动场的频率、二态量子系统与热库和驱动场的耦合强度等因素有关。确定了外加驱动场与退相干性之间的关系,并得到了外加驱动场的时间演化满足特定条件时,可保持系统的相干性。

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.

量子系统保结构计算新进展

本文主要介绍量子系统保结构计算最新进展情况,分以下几部分内容:哈密顿系统的辛算法、适合于量子系统的哈密顿量显含时间的辛算法、A2B模型分子和双原子分子系统的经典轨迹辛算法计算、双原子分子CO在激光场中的经典轨迹的辛算法计算及其振动和解离、定态Schr dinger方程的辛形式及求解定态Schr dinger方程本征值问题的辛 打靶法、含时Schr dinger方程的保结构算法及其在激光原子物理中的应用、伪分立态模型、强激光与原子相互作用的渐近边界条件、"非齐线性正则方程"的辛算法及其在计算强激光场中一维原子的多光子电离和高次谐波发射中的应用以及Heisenberg方程的保结构计算等等。

磁场控制下的的电子自旋量子系统参数辨识

(中国科学技术大学自动化系,安徽合肥230027)摘要: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.

量子系统实现神经计算的理论分析

该文通过量子系统的演化与人脑信息处理过程的比较研究,发现量子理论与神经网络理论中存在有许多相对应的数学表述,利用其中有关的公式提出一个广义的基于量子系统的 Hebb学习规则,并结合量子点系统设计了一个神经计算的理论模型。

量子系统的动力学对称性研究与代数动力学

文章介绍了量子系统的动力学对称性理论和代数动力学在人造量子系统和量子光学系统中的应用

时间相关外场中量子系统的辛算法

引入辅助变量将时间相关外场中量子系统的显含时间哈密顿系统转换成不显含时间的可分哈密顿系统,给出了任意阶精度的显式辛格式,计算了一维有限宽无限深势阱中的电子与模拟激光场的相互作用,结果与理论分析一致,且很好地保持了波函数模方归一,表明该方法适于计算激光场与原子的相互作用.

开放量子系统中消相干及其控制策略

从开放量子系统的起因入手,就量子系统中消相干现象的产生、类型以及所产生的影响进行了分析和阐述。在此基础上,针对不同类型抑制消相干控制研究的方法与策略,进行了比较详细的综述,并以对比的方式揭示了开放量子系统消相干控制策略中的优缺点。最后对抑制消相干研究的发展方向进行了展望。

量子系统中状态估计方法的综述

从广泛用于实验量子领域的典型状态估计方法,到基于系统论观点、可用于量子反馈控制的状态估计方法,详细综述了4种测量方式下的相应量子状态估计方法及其适用背景.通过其发展历程的叙述,从本质上阐述了估计的基本原理,从技术上对各种方法进行了相应的分析和比较.同时,对量子状态估计和经典状态估计进行了相应的比较,并对量子系统中的状态估计方法作了总结.

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.

量子系统与量子控制

经典控制理论和现代控制理论只适用于宏观系统的控制问题描写 ,而当被控系统的尺度很小 ,以致于具有量子尺度时 ,现有的控制理论必需修改为量子论的形式 ,必需基于量子力学定律 ,重建一种量子论的控制理论 ,使之满足量子论原理 .在此基础上 。

量子系统中基于李雅普诺夫稳定性理论的叠加态的制备(英文)

在量子系统中利用被控系统的本征值,构造用来进行坐标旋转的幺正矩阵.通过幺正变换操作抵消系统每个状态所具有的局部相位,并选择变换后的被控状态与目标态之间的误差作为李雅普诺夫函数.在此基础上,基于李雅普诺夫稳定性理论,在保证控制系统稳定的前提下进行控制律的设计,给出了系统状态制备所需控制的详细设计过程,并对结果进行了对比分析.最后,在一个自旋1/2粒子系统上,采用本文所提方法分别对目标态是本征态和叠加态的制备进行了系统仿真实验,并对系统状态演化时间与不同参数情况下控制值之间的关系进行了分析.

基于李雅普诺夫量子系统控制方法的状态调控

从多方面对基于李雅普诺夫的量子系统控制方法进行了系统深入地研究,包括该方法与最优控制的关系;李雅普诺夫函数与性能指标之间的关系;几种常用李雅普诺夫函数下的控制所能解决的问题,适用范围和所存在的问题等.在此基础上,结合量子系统本身所具有的特点,分别针对本征态,叠加态和混合态的制备与调控目标,总结出多种不同控制问题的改进方案.对不同改进方案的设计思想,所能解决的问题,物理意义及其适用范围等进行剖析,系统化了一套基于李雅普诺夫稳定性理论对量子系统进行状态调控的设计方法.