最优化控制理论在金刚石氮空位体系中的研究
发布时间：2022-10-29 16:42
量子计算是量子信息处理领域的重要课题。作为实现量子计算的物理基础,量子计算机需要满足初始化、控制、相干时间、读出及可扩展性等方面的需求。金刚石中的氮空位（nitrogen vacancy,NV）色心由于其光学特性,是实用量子计算机的热门候选体系之一。有两方面的因素会影响我们对NV色心的操控精度:由环境引起的退相干和控制误差。对于由NV色心与核自旋构成的混合量子系统,退相干效应的影响更加明显:由于核自旋的磁矩很小,其需要的控制时间会很长,可以与NV自旋的相干时间相比。我们需要在完成对混合系统控制的同时,保护NV电子自旋的相干性。另一方面,利用量子和乐性的和乐量子计算是抑制某些种类控制误差的控制方案,其中兼顾操作时间与几何性的非绝热和乐量子计算具有更高的实用性。为了方便非绝热和乐量子计算在NV色心系统中的应用,我们需要找到更具灵活性的方案,并使其具有对抗另一类噪声（如NV色心的热噪声及控制场强度噪声）的鲁棒性。量子最优化控制方法将量子力学与数值优化方法结合,在NV色心控制方向有很多应用。在本文中,我们采用最优化控制方法解决了上面提到的两个问题。本文的主要研究包含以下两部分:·与平均哈密顿量...
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 量子算法与量子模拟
1.2 量子计算机与量子控制
1.3 本文结构介绍
第2章 量子最优化控制
2.1 绪论
2.2 梯度上升优化脉冲算法
2.2.1 态转移任务
2.2.2 时间参量优化
2.2.3 弛豫过程中的优化
2.3 最优化控制的优势
2.3.1 针对系统哈密顿量设计方案
2.3.2 考虑硬件限制
2.3.3 对准静态噪声的鲁棒性
2.4 最优化控制的新进展
2.4.1 与动力学解耦序列结合的最优化控制
2.4.2 与平均哈密顿量理论结合的最优化控制
2.4.3 实验结果反馈优化
2.4.4 最优化控制辅助量子探测
2.4.5 机器学习辅助量子控制
2.5 本章小结
第3章 NV色心系统
3.1 绪论
3.2 NV色心的能级结构
3.3 光路设置
3.4 电子学器件
3.5 系统哈密顿量描述及基本实验
3.5.1 NV色心
3.5.2 ~(14)N核自旋
3.5.3 ~(13)C核自旋
3.6 本章小结
第4章 与平均哈密顿量理论相结合的最优化控制
4.1 绪论
4.2 系统描述
4.3 系统-环境耦合
4.4 积分计算
4.5 梯度计算
4.6 优化步骤
4.7 子序列设定
4.8 数值模拟
4.8.1 GRAPE算法
4.8.2 OCT-AHT
4.8.3 量子噪声
4.9 本章小结
第5章 最优化控制在弱耦合系统中的实验实现
5.1 实验系统
5.2 C_1 Control
5.2.1 iSWAP门
5.2.2 C-phase门
5.3 C_2 Contro1
5.4 纠缠态制备
5.4.1 旋转误差
5.4.2 读出误差
5.5 本章小结
第6章 用最优化控制方法搜索和乐量子计算
6.1 绪论
6.2 用最优化控制寻找非绝热和乐量子计算
6.2.1 哈密顿量及控制序列
6.2.2 目标函数和优化步骤
6.2.3 用平均目标函数抑制哈密顿量中的噪声
6.3 在NV色心V型系统中的非绝热和乐量子计算
6.3.1 Hadamard门
6.3.2 CNOT门
6.3.3 几何特性
6.4 在ZZ耦合比特系统中的非绝热和乐量子计算
6.4.1 Hadamard门及Z轴旋转门
6.4.2 CNOT门
6.5 计算方法
6.5.1 积分计算
6.5.2 梯度计算
6.6 本章小结
第7章 总结与展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fast holonomic quantum computation based on solid-state spins with all-optical control[J]. Jian Zhou,BaoJie Liu,ZhuoPing Hong,ZhengYuan Xue. Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2018(01)
[2]Experimental quantum deletion in an NMR quantum information processor[J]. LONG Yu,FENG GuanRu,PEARSON Jasong,LONG GuiLu. Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2014(07)
本文编号：3698054
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 量子算法与量子模拟
1.2 量子计算机与量子控制
1.3 本文结构介绍
第2章 量子最优化控制
2.1 绪论
2.2 梯度上升优化脉冲算法
2.2.1 态转移任务
2.2.2 时间参量优化
2.2.3 弛豫过程中的优化
2.3 最优化控制的优势
2.3.1 针对系统哈密顿量设计方案
2.3.2 考虑硬件限制
2.3.3 对准静态噪声的鲁棒性
2.4 最优化控制的新进展
2.4.1 与动力学解耦序列结合的最优化控制
2.4.2 与平均哈密顿量理论结合的最优化控制
2.4.3 实验结果反馈优化
2.4.4 最优化控制辅助量子探测
2.4.5 机器学习辅助量子控制
2.5 本章小结
第3章 NV色心系统
3.1 绪论
3.2 NV色心的能级结构
3.3 光路设置
3.4 电子学器件
3.5 系统哈密顿量描述及基本实验
3.5.1 NV色心
3.5.2 ~(14)N核自旋
3.5.3 ~(13)C核自旋
3.6 本章小结
第4章 与平均哈密顿量理论相结合的最优化控制
4.1 绪论
4.2 系统描述
4.3 系统-环境耦合
4.4 积分计算
4.5 梯度计算
4.6 优化步骤
4.7 子序列设定
4.8 数值模拟
4.8.1 GRAPE算法
4.8.2 OCT-AHT
4.8.3 量子噪声
4.9 本章小结
第5章 最优化控制在弱耦合系统中的实验实现
5.1 实验系统
5.2 C_1 Control
5.2.1 iSWAP门
5.2.2 C-phase门
5.3 C_2 Contro1
5.4 纠缠态制备
5.4.1 旋转误差
5.4.2 读出误差
5.5 本章小结
第6章 用最优化控制方法搜索和乐量子计算
6.1 绪论
6.2 用最优化控制寻找非绝热和乐量子计算
6.2.1 哈密顿量及控制序列
6.2.2 目标函数和优化步骤
6.2.3 用平均目标函数抑制哈密顿量中的噪声
6.3 在NV色心V型系统中的非绝热和乐量子计算
6.3.1 Hadamard门
6.3.2 CNOT门
6.3.3 几何特性
6.4 在ZZ耦合比特系统中的非绝热和乐量子计算
6.4.1 Hadamard门及Z轴旋转门
6.4.2 CNOT门
6.5 计算方法
6.5.1 积分计算
6.5.2 梯度计算
6.6 本章小结
第7章 总结与展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fast holonomic quantum computation based on solid-state spins with all-optical control[J]. Jian Zhou,BaoJie Liu,ZhuoPing Hong,ZhengYuan Xue. Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2018(01)
[2]Experimental quantum deletion in an NMR quantum information processor[J]. LONG Yu,FENG GuanRu,PEARSON Jasong,LONG GuiLu. Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2014(07)
本文编号：3698054
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huagong/3698054.html