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量子物理

arXiv:2308.03132 (quant-ph)
[提交于 2023年8月6日 ]

标题: 二进制量子最优控制的切换时间优化

标题: Switching Time Optimization for Binary Quantum Optimal Control

Authors:Xinyu Fei, Lucas T. Brady, Jeffrey Larson, Sven Leyffer, Siqian Shen
摘要: 量子最优控制是一种用于控制量子系统演化的技术,并已被应用于量子物理中的各种问题。 我们研究一个二进制量子控制优化问题,其中控制决策是二值的,并且该问题在多种量子算法中得到解决。 在本文中,我们利用经典优化和计算技术,开发了一个算法框架,在连续时间范围内依次优化控制开关的数量和每个控制区间的持续时间。 具体来说,我们首先基于时间离散化求解二进制控制问题的连续松弛问题,然后使用启发式方法获得一个具有开关数量惩罚的控制器序列。 接着,我们提出了一个开关时间优化模型,并应用带有加速时间演化模拟的顺序最小二乘编程来求解该模型。 我们证明了我们的计算框架可以获得高质量性能的二进制控制,并通过求解各种量子物理应用中的量子控制实例来减少计算时间。
摘要: Quantum optimal control is a technique for controlling the evolution of a quantum system and has been applied to a wide range of problems in quantum physics. We study a binary quantum control optimization problem, where control decisions are binary-valued and the problem is solved in diverse quantum algorithms. In this paper, we utilize classical optimization and computing techniques to develop an algorithmic framework that sequentially optimizes the number of control switches and the duration of each control interval on a continuous time horizon. Specifically, we first solve the continuous relaxation of the binary control problem based on time discretization and then use a heuristic to obtain a controller sequence with a penalty on the number of switches. Then, we formulate a switching time optimization model and apply sequential least-squares programming with accelerated time-evolution simulation to solve the model. We demonstrate that our computational framework can obtain binary controls with high-quality performance and also reduce computational time via solving a family of quantum control instances in various quantum physics applications.
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 优化与控制 (math.OC)
引用方式: arXiv:2308.03132 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2308.03132v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.03132
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1145/3670416
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来自: Siqian Shen [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2023 年 8 月 6 日 14:51:11 UTC (3,688 KB)
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