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量子无消相干子空间中量子系统的控制

张子一  
【摘要】:量子信息是一门新兴学科,它的研究在近年来得到了迅猛发展,显示出广阔深远的科学与技术应用前景。但量子信息科学的进一步发展受到了包括量子退相干现象等一系列问题的制约。最为一个非常有力的竞争者,最近提出的量子无消相干子空间理论是一个引人瞩目的解决方案。量子无退相干子空间被定义为在存在退相干作用的情况下仍然按照幺正的方式进行演化的状态的集合。在无退相干子空间中,系统与环境解耦,纯态将不再变为混合态,从而储存的信息在外界作用下仍能得以保存。本篇论文总结了量子无退相干子空间及其它针对量子退相干问题的解决方案的研究现状与进展,并介绍了作者在这方面所做的工作。 首先,作者简要总结了量子信息科学技术的发展动态、量子退相干的概念与影响、以及目前针对量子退相干问题所采取的几种解决方案与研究进展。然后,作者阐述了相关的背景知识,给出了超算符表示与马尔可夫主方程的理论形式及控制论的相关知识。接着,论文着重介绍了作者通过阶跃化的Lyapunov控制将开放的量子系统驱动至无退相干子空间中的方案。根据无退相干子空间的理论建立了基于Lyapunov方法的开放量子系统控制函数。从函数拟合和实时运算两个不同角度提出了阶跃化控制函数的方法,比较并讨论了它们各自不同的特点。作为演示,在一个五能级系统上应用了这个控制方案,并对系统的状态演化进行了数值模拟,得到了较好的结果。文章的最后进行了总结和展望。


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