基于最近邻环形量子比特阵列中全局最优控制的W态和Dicke态工程

为实现在光学钩子中的中性原子系统中高效且稳健的量子态工程方案，我们考虑一个具有最近邻 Ising 型（$zz$）耦合和横向（$x$ 和 $y$）全局控制场的环形量子比特阵列。该系统在 Rydberg 阻塞 regime 之外，相当于一个由通过范德瓦尔斯型相互作用相互作用的中性原子环形数组。我们从默认初始态 $|00\ldots 0\rangle$ 开始，使用两种不同的最优控制方法来制备 $W$ 和 Dicke 态：（i）类似 NMR 的脉冲序列，由瞬时（delta 形）控制脉冲和 Ising 相互作用脉冲组成；（ii）时变控制方案，即在相邻量子比特之间始终存在的 Ising 相互作用下施加加形控制脉冲。通过利用该系统的底德对称性——这允许使用 $\mathcal{O}(2^N / N)$ 状态的对称适应计算基底来降低 $N$ 量子比特系统的状态空间——结合高级全局优化方法，我们在两种方法中均找到实现 $W$ 和 Dicke 态的最优脉冲序列。此外，我们展示了这些脉冲序列对不可避免的控制误差的鲁棒性。最后，利用典型的 Rydberg 原子系统中的参数值，我们表明我们的控制方案使能够在远短于这些系统相关相干时间的尺度上制备所需的多量子比特态。