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量子物理

arXiv:2510.05074 (quant-ph)
[提交于 2025年10月6日 ]

标题: 工程不可控性:用相干和非相干控制引导噪声相关的自旋自由基对

标题: Engineering the uncontrollable: Steering noisy spin-correlated radical-pairs with coherent and incoherent control

Authors:Farhan T. Chowdhury, Luke D. Smith, Daniel R. Kattnig
摘要: 量子控制自旋相关的自由基对(SCRPs)有望实现对磁场效应的定向操控,其潜在应用范围从设计抗噪声的量子信息处理器到基因编码的量子传感器。 然而,要在光激发的自由基对反应中实现对相干电子自旋动力学与非相干弛豫过程之间复杂相互作用的精确控制,需要可处理的方法来数值获得大型复杂开放量子系统的控制。 依赖于完整Liouville空间传播器的技术对于具有现实复杂性的大型自旋系统来说在计算上变得不可行。 在此,我们展示了基于庞特里亚金最大原理(PMP)的控制工程方法如何通过报告PMP最优控制在噪声自由基对的相干和非相干自旋动力学中的成功应用,提供一种可行的替代方案。 这使得针对表现出对相关噪声源具有鲁棒性的典型自由基对模型的控制成为可能,并为自由基对自旋动力学的非相干控制铺平了道路。
摘要: The quantum control of spin-correlated radical pairs (SCRPs) holds promise for the targeted manipulation of magnetic field effects, with potential applications ranging from the design of noise-resilient quantum information processors to genetically encodable quantum sensors. However, achieving precise handles over the intricate interplay between coherent electron spin dynamics and incoherent relaxation processes in photoexcited radical-pair reactions requires tractable approaches for numerically obtaining controls for large, complex open quantum systems. Employing techniques relying on full Liouville-space propagators becomes computationally infeasible for large spin systems of realistic complexity. Here, we demonstrate how a control engineering approach based on the Pontryagin Maximum Principle (PMP) can offer a viable alternative by reporting on the successful application of PMP-optimal control to steer the coherent and incoherent spin dynamics of noisy radical pairs. This enables controls for prototypical radical-pair models that exhibit robustness in the face of relevant noise sources and paves the way to incoherent control of radical-pair spin dynamics.
评论: 9页,4图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 生物物理 (physics.bio-ph); 化学物理 (physics.chem-ph)
引用方式: arXiv:2510.05074 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2510.05074v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.05074
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Daniel Kattnig [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 10 月 6 日 17:48:49 UTC (815 KB)
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