多能级系统中热噪声量子门的最优控制

量子系统本质上对环境噪声和外部控制场的不完美极其敏感，这对于实际量子技术的实现构成了重大挑战。这些噪声来源会降低量子门的保真度，使其抑制成为实现可靠量子计算的关键要求。在本研究中，我们在严格的热力学框架内应用最优控制理论（OCT）来设计和稳定面向Markovian噪声的高保真量子门。我们的ethods方法聚焦于热力学弛豫，將这些效应纳入控制协议中，其中外部驱动场不仅支配系统的单位演化，还调制其与环境的相互作用。通过利用这种相互作用，我们展示了OCT能够实现如针对性制冷或加热等熵化修改过程的同时，维持高保真的门性能。为验证我们的做法，我们采用高精度数值方法实现开放量子系统，嵌入更大希尔伯特空间中的一或两个量子门。结果展示了即使在显著耗散影响下，系统也能实现稳健的门操作，为现实条件下的容错量子计算提供了具体路径。