开放量子控制系统中的哈密顿量编码-观测量解码方法研究

项目名称： 开放量子控制系统中的哈密顿量编码-观测量解码方法研究

项目编号： No.61203061

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 自动化学科

项目作者： 高放

作者单位： 中国科学院合肥物质科学研究院

项目金额： 26万元

中文摘要： 基于闭环学习控制策略的量子动力学控制理论和实验取得了巨大成功，但其"黑箱"的方式导致控制机理不明，影响量子动力学控制的进一步发展。HE-OD(哈密顿量编码-观测量解码)方法通过对动力学路径编码提取相关量子信息，是研究控制机理的一种有效手段。但现有的HE-OD 方法仅限于孤立量子体系，没有考虑环境对体系的退相干等耗散效应。本项目拟发展开放量子体系中的HE-OD方法，探索环境作用下的控制机理。我们将用量子主方程描述马尔可夫热库、弱体系-热库耦合、非马尔可夫热库、强体系-热库耦合等不同情况下环境对体系动力学演化的影响，在Liouville空间中对量子路径进行编码，通过对观测量解码研究特定路径在整个量子动力学过程中的贡献；同时研究开放量子体系的动力学路径控制理论，并结合实验验证理论的有效性。本项目的研究成果将提供探索开放量子体系动力学控制机理的新的理论框架，并为实验设计提供有益的理论指导。

中文关键词： 量子控制；哈密顿量编码-观测量解码；开放量子系统；控制机理；量子路径

英文摘要： Theoretical and experimental studies of quantum dynamics control with the "closed-loop learning" scheme have achieved their big success, but the black box style of this scheme makes the control mechanism unknown, which blocks the development of quantum dynamics control. The HE-OD (Hamitonian Encoding-Observable Decoding) method can extract the desired informatin through encoding quantum pathways and thus is very effective in the study of the underlying mechanism. However, the existing HE-OD method is limited to closed quantum systems, and the dissipative effects such as decoherence due to the existence of external environment are not considered. To explore the control mechanism in the existence of external environment, new HE-OD method for open quantum systems needs to be developed, which constitutes the main objective of this project. Different quantum master equations will be employed to describe the influence of environment on the dynamics of quantum systems in different conditions (e.g. Markov bath, weak system-bath coupling, non-Markov bath, strong system-bath coupling). The quantum pathways will be encoded in the Liouville space, and then the pathway contribution amplitudes will be gained by decoding the observables. With the HE-OD method to be developed, the pathway dynamics control of open quantum system

英文关键词： quantum control；Hamiltonian Encoding-Observable Decoding；open quantum system；control mechanism；quantum pathway