单量子比特门的最优带限噪声滤波

我们引入一种量子控制协议，可生成平滑且可在实验中实现的控制序列，经优化以对抗单量子比特系统的时间关联噪声。控制拟设特别选为离散长球序列的函数展开，这是一种在时间与频率上已知最优集中的离散时间基，在面对实验控制硬件约束时颇具吸引力。我们利用滤波函数形式将控制问题转化为滤波器设计问题，并表明量子系统的频率响应可被精细剪裁以避开噪声过程最相关的动力学贡献。使用梯度上升，我们获得优化后的滤波函数，并借此阐明关于滤波函数设计、控制带宽与噪声特性之间关系的重要细节。特别地，我们识别出最优噪声抑制的区间，进而识别出与噪声功率较大频带大小成正比的最优控制带宽。除提供滤波器设计的指导原则外，我们的方法能够开发出在多种复杂噪声环境中同时实现稳健噪声滤波与高保真单量子比特逻辑操作的控制。