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量子物理

arXiv:2403.00298 (quant-ph)
[提交于 2024年3月1日 ]

标题: 多目标鲁棒量子最优控制下的多种经典噪声缓解

标题: Multiple Classical Noise Mitigation by Multiobjective Robust Quantum Optimal Control

Authors:Bowen Shao, Xiaodong Yang, Ran Liu, Yue Zhai, Dawei Lu, Tao Xin, Jun Li
摘要: 高保真是量子计算的基本要求,但在实际情况下,各种类型的噪声常常阻碍了这一点,这些噪声可以是静态的也可以是时间相关的。在许多现实场景中,存在多个噪声源,并且需要对它们产生的噪声效应进行足够高的校正,这对设计有效的鲁棒控制方法提出了重大挑战。在这里,我们探索了鲁棒量子最优控制的方法,以一般地解决从复杂的噪声环境中抵抗多种噪声的问题。具体来说,我们将分析限制在可以通过经典噪声模型描述的幺正噪声上。该方法采用基于梯度的多目标优化算法来最大化控制品质因数,同时最小化允许的噪声的微扰效应。为了验证其有效性,我们将此方法应用于多个例子,包括囚禁离子系统中的鲁棒纠缠门和超导量子比特中的鲁棒控制-Z门,在常见的静态和时间相关噪声下。我们的模拟结果显示,鲁棒最优控制能够找到光滑、鲁棒的脉冲,能够同时抵抗几种噪声,从而实现高保真门。因此,我们预计这种方法将在当前的噪声量子计算设备上找到广泛应用。
摘要: High-quality control is a fundamental requirement for quantum computation, but practically it is often hampered by the presence of various types of noises, which can be static or time-dependent. In many realistic scenarios, multiple noise sources coexist, and their resulting noise effects need be corrected to a sufficient order, posing significant challenges for the design of effective robust control methods. Here, we explore the method of robust quantum optimal control to generally tackle the problem of resisting multiple noises from a complicated noise environment. Specifically, we confine our analysis to unitary noises that can be described by classical noise models. This method employs a gradient-based multiobjective optimization algorithm to maximize the control figure of merit, and meanwhile to minimize the perturbative effects of the noises that are allowed for. To verify its effectiveness, we apply this method to a number of examples, including roubust entangling gate in trapped ion system and robust controlled-Z gate in superconducting qubits, under commonly encountered static and time-dependent noises. Our simulation results reveal that robust optimal control can find smooth, robust pulses that can simultaneously resist several noises and thus achieve high-fidelity gates. Therefore, we expect that this method will find wide applications on current noisy quantum computing devices.
评论: 13页,5个图,被Physical Review Applied接受
主题: 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2403.00298 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2403.00298v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2403.00298
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Xiaodong Yang [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2024 年 3 月 1 日 05:52:23 UTC (640 KB)
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