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Optimización de pulsos de control binario para sistemas cuánticos

Xin Yu Fei1, lucas t brady2, jeffrey larson3, Sven Leyffer3y Siqian Shen1

1Departamento de Ingeniería Industrial y de Operaciones, Universidad de Michigan en Ann Arbor
2Centro Conjunto de Información Cuántica e Informática, NIST/Universidad de Maryland
3División de Matemáticas y Ciencias de la Computación, Laboratorio Nacional de Argonne

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Resumen

El control cuántico tiene como objetivo manipular los sistemas cuánticos hacia estados cuánticos específicos u operaciones deseadas. El diseño de pasos de control altamente precisos y efectivos es de vital importancia para varias aplicaciones cuánticas, incluida la minimización de energía y la compilación de circuitos. En este artículo nos enfocamos en problemas de control cuántico binario discreto y aplicamos diferentes algoritmos y técnicas de optimización para mejorar la eficiencia computacional y la calidad de la solución. En concreto, desarrollamos un modelo genérico y lo ampliamos de varias formas. Presentamos una función de penalización $L_2$ al cuadrado para manejar restricciones laterales adicionales, para modelar requisitos como permitir que un control esté activo como máximo. Introducimos un regularizador de variación total (TV) para reducir el número de interruptores en el control. Modificamos el popular algoritmo de ingeniería de pulso de ascenso de gradiente (GRAPE), desarrollamos un nuevo algoritmo de método de multiplicadores de dirección alterna (ADMM) para resolver la relajación continua del modelo penalizado y luego aplicamos técnicas de redondeo para obtener soluciones de control binario. Proponemos un método de región de confianza modificado para mejorar aún más las soluciones. Nuestros algoritmos pueden obtener resultados de control de alta calidad, como lo demuestran los estudios numéricos en diversos ejemplos de control cuántico.

Este trabajo desarrolla métodos de optimización que mejoran la
eficiencia y calidad de solución al resolver problemas de control binario cuántico.
Estos métodos se pueden utilizar para manipular sistemas cuánticos hacia objetivos específicos.
estados cuánticos u operaciones deseadas, y son de vital importancia para varios
aplicaciones cuánticas, incluida la minimización de energía y la compilación de circuitos.

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Citado por

[1] Christiane P. Koch, Ugo Boscain, Tommaso Calarco, Gunther Dirr, Stefan Filipp, Steffen J. Glaser, Ronnie Kosloff, Simone Montangero, Thomas Schulte-Herbrüggen, Dominique Sugny y Frank K. Wilhelm, “Control óptimo cuántico en tecnologías cuánticas. Informe estratégico sobre el estado actual, visiones y objetivos de la investigación en Europa”, arXiv: 2205.12110.

Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2023-01-04 20:27:03). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

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