相互作用二能级粒子系统中量子门的最优控制与退相干抑制

将最优控制方法应用于相互作用二能级粒子（例如自旋二分之一的原子核或电子或二能级原子）的模型系统，以产生高保真度量子门，同时消除退相干的有害影响。一组粒子用作量子信息处理器，其演化由含时外场控制。其他粒子不受直接控制并作为有效环境，与其耦合是退相干的来源。控制目标是在强环境诱导退相干下以及在受物理动机启发的对控制场的限制下，生成目标单量子比特和双量子比特酉门。量子门保真度用一种新颖的与态无关的距离度量表示，并使用遗传与梯度组合算法相对于控制场最大化。所得到的高保真度门证明了即便系统复杂性因环境耦合而加剧，仍可通过最优控制精确引导量子演化的可行性。研究发现门持续时间对控制机制和所得保真度有重要影响。对门性能在系统参数随机变化下的敏感性分析揭示了最优控制解所达到的显著鲁棒性程度。