基于最优控制的 Ising 自旋对量子电池快速充电
量子物理
2024-12-24 v1 最优化与控制
摘要
我们考虑的问题是：在给定充电时间内最大化存储能量的量子电池问题，该量子电池由两个自旋- 的 Ising 耦合组成，初始状态为自旋下态，使用受限横向场控制。我们将该问题映射到单个量子比特的最优控制问题上，并通过最优控制理论表明，尽管单个bang 脉冲可以在相对较大的控制上限下快速实现相当大的充电水平，但通过bang-singular-bang 脉冲序列实现更高的储能水平，包括完全充电，其中中间的singular 脉冲为Off 脉冲。如果控制受限于在0到最大值之间，则初始和最终bang 脉冲达到最大上限但持续时间不同；如果控制受限于在对称的负负正边界之间，则bang 脉冲具有相同的持续时间但相反的边界值。对于两种情况，我们提供从中脉冲序列中各脉冲持续时间可计算的超越方程。对于完全充电的情况，我们惊讶地发现，等效量子比特问题中的三个“开关”函数变为零，而共轭矢束不变，这与最优控制理论相一致。
引用
@article{arxiv.2412.17087,
title = {Fast charging of an Ising spin pair quantum battery using optimal control},
author = {Vasileios Evangelakos and Emmanuel Paspalakis and Dionisis Stefanatos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.17087},
year = {2024}
}