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相干驱动开放量子系统动力学最优控制的变分方法

DOI：10.1103/PhysRevA.98.052125 期刊：Physical Review A 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 量子相干性本质上影响着量子机器的动力学特性和性能表现。从原理上讲，相干控制能够增强功的提取并提升开放量子系统的演化速度。通过运用变分法中的先进工具，并在瞬时哈密顿量本征框架下重新表述控制问题，我们开发出一种通用技术——当外部控制可对系统哈密顿量实施全旋转操作时，该技术能最小化各类代价泛函。该方法随后被应用于时间和热损耗最小化问题，并在与玻色/费米热环境接触的两能级系统中获得显式求解。
作者： Vasco Cavina，Andrea Mari，Alberto Carlini，Vittorio Giovannetti
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研究概述 实验方案

研究目的

研究量子相干性对量子机器动力学和性能的影响，并开发一种通用技术，用于最小化相干驱动开放量子系统控制中的代价泛函。

研究成果

所开发的变分方法为相干驱动的开放量子系统最优控制提供了通用框架。研究表明，对于所考虑的模型，可以找到能最小化热耗散和演化时间的最优控制策略，其中相干操作主要在控制过程的最后阶段发挥效益。该发现凸显了量子相干性作为量子控制和热力学中资源的潜力。

研究不足

该研究假设马尔可夫动力学及系统与环境间的弱耦合，这可能不适用于所有物理场景。此外，分析仅限于两能级系统，其对更复杂系统的适用性仍有待探索。

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