量子设备的低秩最优控制

我们展示，量子信息设备的控制协议可以通过为密度矩阵假设低秩形式来进行仿真。这种假设的依据是，量子信息协议本质上 operates 在接近纯量子态的工作区间。基于低秩假设，该协议的仿真速度显著快于求解完整的Linblad master方程。这种优势可用于避免不受控制的近似，以提高仿真精度，并优化控制协议。我们对其进行基准测试，针对真实的transmon量子比特的dispersive readout进行优化。当Hilbert空间维数为N=2000时，假设秩为M=20，即可实现相对于完整master方程积分的近百倍加速，同时准确再现所有相关可观测量。通过将低秩近似与紧凑脉冲参数化和无梯度优化相结合，我们获得了针对40纳秒readout脉冲方案的state-of-the-art读出分配误差$\varepsilon_a \approx 1.2 \times 10^{-3}$，且仅需在笔记本电脑上运行，无需借助旋转波近似。该方法广泛适用于大多数量子控制协议，包括量子门、态制备和快速复位操作。这将低秩方法确立为跨越多样量子平台的通用最优控制工具。