收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于学习的开放量子系统图景控制

孙莹莹  
【摘要】:量子技术自出现以来发展迅速,并与物理、化学及控制科学等领域有着紧密的联系,其中量子控制这一新兴学科一直备受国内外专家学者的广泛关注。量子控制图景(Quantum Landscape Control)被定义为一个物理可观测的与时间相关的控制场的泛函。关于量子控制理论的大量研究都是假设量子系统是封闭的,即量子系统与外部环境不会产生相互作用以及能量交换。但是在实际应用中,这样的假设是很难实现的,因为开放量子系统会无法避免地与外部环境产生相互作用,从而使其状态控制问题更加复杂,增加了量子系统状态转移控制问题的难度。由大量单量子系统组成的量子系综(Quantum Ensemble)的图景控制设计在新兴量子技术中有广泛应用,但是其控制问题更为复杂,需要利用基于样本学习的技巧来寻找最优控制解,其目标是应用一个控制策略使量子系综的全部子系统同时从相同的初始状态转移到相同的目标态,因此研究量子系综的状态转移控制相关问题具有很高的实用性。本文首先针对开放的单量子系统,分析系统的Lindblad主方程模型,根据控制问题选取目标函数,并且推导目标函数对外部控制场的一阶导数求解过程。然后分别应用梯度下降法、遗传算法及差分进化算法对不同能级的开放量子系统进行优化以寻求实现系统状态转移的最优控制策略,对比不同算法、不同能级的优化结果,分析学习算法的参数设置对优化结果的影响。从优化结果可以得出在系统模型已知且可导的条件下,梯度下降法仍是最佳选择;系统模型未知的条件下,梯度下降法无法使用,但遗传算法和差分进化算法都可以达到很好的优化效果。针对由大量单系统组成的一般化开放量子系综的状态转移控制问题,本文应用单量子系统优化后的控制策略作为量子系综的初始控制以缩短优化时间,控制过程应用基于样本学习的控制(Sampling-based Learning Control)方法,分别经过训练过程和检验过程,探寻实现量子系综状态转移的最优控制策略。实验结果表明,训练过程尤为重要,迭代次数以及算法参数的选取很大程度上影响着优化结果,若选取得当则可以较好地实现对量子系综的状态转移控制。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李宗诚;;边界交流关系、量子系统消耗与量子组织均衡——量子开放系统边界交流均衡分析力学基础(Ⅱ)[J];原子与分子物理学报;2008年04期
2 丛爽;朱亚萍;刘建秀;;不同目标函数的量子系统动态跟踪[J];系统科学与数学;2012年06期
3 刘延生,汪佩琼;量子系统绝热演化的非动力学相位[J];武汉水利电力大学学报;1995年05期
4 常功;;量子系统中非指数形式衰变的首次发现[J];科学;1998年01期
5 黄泽霞;黄德才;俞攸红;;开放量子系统状态最优跟踪控制的研究[J];计算机科学;2013年12期
6 丛爽;匡森;;量子系统中状态估计方法的综述[J];控制与决策;2008年02期
7 梅迪;李崇;杨国辉;宋鹤山;;高维量子系统中编码和解码方案(英文)[J];大连理工大学学报;2009年02期
8 杨洁;丛爽;;单个控制场下开放量子系统的状态转移(英文)[J];中国科学院研究生院学报;2012年01期
9 王银珠;侯晋川;;无限维两体量子系统可分态的一个必要充分条件[J];中北大学学报(自然科学版);2012年01期
10 贺衎;侯晋川;;单量子系统状态相等的两类充分必要条件[J];运城学院学报;2012年02期
11 李嫦娥;陶元红;丁巍巍;;三体量子系统态的可分离性判据[J];东北石油大学学报;2013年01期
12 曲惠勤;吕洪君;;量子系统的动力学行为(演化)[J];淮北煤师院学报(自然科学版);1991年01期
13 王顺金;人造量子系统的理论研究与代数动力学[J];物理学进展;1999年04期
14 赵慧;谢陈;;多体量子系统中量子可分态的分类[J];北京工业大学学报;2013年11期
15 ;量子系统控制方兴未艾[J];科技导报;2014年22期
16 丛爽;胡龙珍;薛静静;温杰;;基于李雅普诺夫控制的随机开放量子系统特性分析[J];科技导报;2014年22期
17 刘晓艳,刘学深,丁培柱;时间相关外场中量子系统的辛算法[J];计算物理;2003年02期
18 楼越升;丛爽;;基于弱测量的量子系统消相干控制(英文)[J];中国科学院研究生院学报;2010年05期
19 夏立新,曾飞;外场中量子系统的能级结构[J];零陵学院学报;2004年11期
20 李得超;史忠科;;一类状态非能控量子系统的开环控制[J];量子光学学报;2009年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨名;郑小虎;杨青;董萍;方曙东;王长春;曹卓良;;高维量子系统纠缠浓缩[A];第十五届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2009年
2 刘晓艳;刘学深;周忠源;丁培柱;;量子系统显式辛格式的优化[A];Structure Preserving Algorithm and Its Applications--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];1999年
3 丛爽;;量子系统控制做什么?[A];系统仿真技术及其应用学术论文集(第15卷)[C];2014年
4 产林平;丛爽;;开放量子系统量子态相干保持的控制策略[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
5 丛爽;杨霏;;开放量子系统收敛的状态控制策略[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
6 丛爽;;量子系统的相干控制策略及其实现[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
7 丛爽;郑捷;;两能级量子系统控制场的设计与操纵[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年
8 周薇薇;张明;谢红卫;;量子系统的多时间点测量[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年
9 刘学深;丁培柱;;量子系统的辛算法及其在激光原子物理中的应用[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
10 李兆凯;Man-HongYung;陈宏伟;鲁大为;James D.Whitfield;彭新华;Ala'n Aspuru-Guzik;杜江峰;;利用核磁共振量子计算解决量子系统基态问题[A];第十七届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨洁;开放量子系统的建模及其控制[D];中国科学技术大学;2011年
2 楼越升;量子系统控制场设计方法研究[D];中国科学技术大学;2010年
3 张佳林;开放量子系统与原子量子纠缠和黑洞的霍金辐射[D];湖南师范大学;2008年
4 许景周;多体量子系统中的纠缠演化[D];河北师范大学;2012年
5 童庆军;开放与周期性驱动量子系统的动力学及量子相变研究[D];兰州大学;2013年
6 李明;开放量子系统量子态相干保持的控制策略研究[D];中国科学技术大学;2008年
7 景俊;开放量子系统耗散的若干问题研究[D];上海交通大学;2007年
8 温杰;量子系统的算符制备和状态转移及其收敛控制[D];中国科学技术大学;2015年
9 李生好;二维与准一维量子系统的临界现象[D];重庆大学;2012年
10 刘建秀;量子系统的状态跟踪控制及算符制备[D];中国科学技术大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 胡明光;开放量子系统中的几何相[D];南开大学;2009年
2 张萍;概率意义下量子系统可观性的研究[D];郑州大学;2013年
3 魏巍;(S,L,H)型量子系统的网络实现及数值例子[D];杭州电子科技大学;2013年
4 薛静静;开放量子系统的特性分析及其状态保持控制[D];中国科学技术大学;2015年
5 胡龙珍;开放量子系统特性分析及其状态控制[D];中国科学技术大学;2014年
6 安南;量子系统几何相位的计算与讨论[D];天津大学;2004年
7 孙莹莹;基于学习的开放量子系统图景控制[D];南京大学;2015年
8 丁朝远;量子系统空间平移不变性研究[D];重庆师范大学;2003年
9 王萌;自旋量子系统的可控性分析及李代数计算[D];杭州电子科技大学;2013年
10 张庆国;量子系统几何相位的理论研究[D];山西大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 吴长锋;捉住“量子小妖”实现量子算法冷却[N];科技日报;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978