连续变量量子门的最优控制理论

我们将最优控制理论的方法论应用于具有二次哈密顿量的连续变量系统中量子门的实现问题。我们证明，可以定义一种无陷阱的保真度度量用于连续变量（CV）门优化，使得利用局部算法搜索最优控制场不会受到阻碍。利用几种典型的物理模型，研究了对若干量子计算门以及由这些原语构成的算法的最优控制，并对离散和连续量子系统进行了比较。数值模拟表明，通用 CV 量子门的优化本质上比通用离散变量量子门的优化更为昂贵，且 CV 系统的精确时间可控性在确定可达到的最大门保真度方面起着重要作用。所得的最优控制场通常表现出更复杂的傅里叶谱，暗示了更丰富的可能控制机制。此外，控制 qunit 间相互作用的能力对于限定总控制通量至关重要。当前实验协议实施此类时变控制的比较能力，可能有助于确定哪种物理形式的 CV 量子信息处理最容易以最优保真度实现。