N 能级量子协议的能量最优捷径
量子物理
2026-04-16 v3
摘要
我们引入一种灵感来自 Shortcut-To-Adiabaticity (STA) 过程的方法，命名为 Quantum-Optimal-Shortcut-To-Energetics (QOSTE)。 QOSTE 产生与 STA 相同的转换，用于给定的量子技术或热力学中的协议，但以最低的能量成本实现。对于 N 能级量子系统， 我们使用几何和 optimal control 工具推导 QOSTE 控制，并表明最小能量成本由原始协议在旋转参考系中的测地线长度决定。对于较长的控制时间，STA 和 QOSTE 两种能量成本比值的随时间比例是二次时间尺度。我们以 qubit 的 Landau-Zener 协议以及三能级系统的 STIRAP 进行基准测试。我们观察到相对于标准 STA 方法的能量削减具有显著效果。最后，我们使用梯度基于的优化算法，并突出能源成本与鲁棒性之间的新兴权衡，设计出在鲁棒性和能源效率方面均优于 STA 的 QOSTE。
引用
@article{arxiv.2503.20130,
title = {Energy shortcut of N-level quantum protocols by optimal control},
author = {C. L. Latune and M. B. Puthuveedu Shebeek and D. Sugny and S. Guérin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.20130},
year = {2026}
}
备注
5 + 6 pages and 4 + 3 figures. Extended results and new figures