Engineering Fast High-Fidelity Quantum Operations With Constrained Interactions
了解如何调整量子动力学以实现所需的进化是几乎所有量子技术的关键问题。我们提出了一个非常普遍的方法，设计高效率的控制序列，总是完全兼容的可用的相互作用和可调性的实验约束。我们的方法减少到最后通过求解一组与时间无关的线性方程组来找到控制场。我们说明了我们的方法，通过将其应用到一些物理相关的问题：强驱动限制的两级系统，快速压缩在参数驱动腔，泄漏问题transmon量子比特门，和加速SNAP门在量子比特腔系统。
2020-03-26 quant-ph
Fast quantum state engineering via universal SU(2) transformation
我们介绍了一个简单而通用的协议，逆向工程的时间依赖的哈密顿在两个和三个级别的系统。在协议中，通过利用一个通用的SU（2）变换，一个给定的加速比目标，可以获得较大的自由度来选择控制参数。作为一个说明性的例子，该协议被应用于执行之间的氮空位（NV）中心的金刚石布居转移。数值模拟结果表明，与绝热过程相比，该协议具有更快的速度。此外，该协议还容忍退相干和实验参数的波动。因此，该协议可能是有用的设计一个实验可行的哈密顿量工程量子系统。
2017-08-11 quant-ph
Quantum state engineering in a five-state chainwise system by coincident pulse technique
本研究针对五态链式系统的量子态操控问题，提出基于重合脉冲结合绝热消除的解析方法，可实现高保真布居转移与任意相干叠加态构建，适用于多类量子控制相关领域。
2024-04-22 quant-ph
Fast transitionless expansions of cold atoms in optical Gaussian beam traps
研究了冷原子在三维高斯光束光阱中的快速膨胀。三种不同的方法，以避免最终的运动激励进行比较：逆向工程使用刘易斯-Riesenfeld不变量，它提供了最佳的整体性能，一个bang-bang的方法，和一个快速绝热的方法。我们分析了非谐项、径向-纵向耦合和径向-频率失配的激发效应。在逆向工程方法中，可以通过增加激光束腰来抑制或减轻这些扰动。
2011-10-31 quant-ph
Residual-$ZZ$-coupling suppression and fast two-qubit gate for Kerr-cat qubits based on level-degeneracy engineering
提出基于能级简并工程的Kerr-cat量子比特$ZZ$耦合方案，通过四重简并关闭耦合、部分解除简并开启耦合，实现残余$ZZ$耦合抑制并在18 ns内达到99.9%以上的门保真度。
2025-01-27 quant-ph
Quantum state engineering with flux-biased Josephson phase qubits by Stark-chirped rapid adiabatic passages
本文提出了一种基于斯塔克啁啾快速绝热通过（SCRAP）技术的量子计算方案[L. F. Wei等人，物理修订版信函100，113601（2008）]被广泛应用于实现磁通偏置约瑟夫森相位量子比特中的量子态操纵。利用磁通偏置约瑟夫森结中束缚态的破宇称对称性，可以方便地产生所需的斯塔克位移。然后，在各种跃迁脉冲的辅助下，可以实现通用的量子逻辑门以及任意的量子态制备。与实验中广泛使用的PI脉冲操作相比，本文提出的绝热粒子数转移方法对脉冲的细节不敏感，从而可以实现理想的粒子数转移。文中还讨论了该方案的实验可行性。
2010-07-12 quant-ph
Inverse engineering and composite pulses for magnetization reversal
我们提出了一种方法，实现快速和强大的磁化反转的纳米磁体，通过结合反求工程和复合脉冲。首先在短时间内对频率随时间变化的微波产生的磁场进行反向设计，并进一步引入复合脉冲，通过减小磁各向异性的影响来提高保真度。通过数值例子说明了高保真的磁化反转，并在布洛赫球上可视化。最后，基于Landau-Lifshitz-Gilber方程讨论了阻尼参数对脉冲序列的影响。这些结果为实现精确而快速的磁化反转或开关，以及在高密度信息存储和处理中的应用奠定了基础。
2017-03-10 quant-ph
Optimally robust shortcuts to population inversion in two-level quantum systems
我们研究了最近提出的加速二能级量子系统布居数反转的绝热捷径的稳定性与不同类型的扰动。我们发现最佳的鲁棒性过程中使用不变的工程的哈密顿。幅度噪声和系统误差需要不同的最佳协议。
2012-06-08 quant-ph
Fast CZ Gate via Energy-Level Engineering in Superconducting Qubits with a Tunable Coupler
Information Engineering University（信息工程大学）
本文提出通过可调耦合器的能级工程实现快速高保真CZ门，有效抑制非谐振偏移影响，拓展电路执行深度。
2026-03-09 quant-ph
Hamiltonian engineering via invariants and dynamical algebra
我们使用量子系统的动力学代数及其动力学不变量来逆向工程可行的哈密顿量，以实现绝热性的捷径。这些都是加速的过程，与缓慢的绝热过程相比，最终得到相同的种群。作为应用的例子，我们设计家庭的快捷哈密尔顿驱动两个和三个级别的系统之间的初始和最终配置施加物理激励的约束条件（发电机）允许在哈密尔顿。
2014-02-24 quant-ph
Inverse engineering of fast state transfer among coupled oscillators
我们在含时耦合振子哈密顿量中设计了快于绝热的态转移（量子数的切换）。操纵驱动过程中发现使用一个二维不变最近提出的S。Simsek和F. Mintert，Quantum 5（2021）409，并且涉及笛卡尔表示中的势的主轴的旋转和瞬态缩放。重要的是，这个不变量是简并的，除了它的基态所跨越的子空间。一般来说，这种简并允许最终态相对于理想目标本征态的不连续性。然而，可以选择单个控制参数的值，使得状态切换对于任意（不一定已知）初始本征态是完美的。额外的二维线性不变量被用来很容易地找到所需的参数值，并提供通用的表达式的最终状态和最终的能量。特别是，我们发现一个粒子（如离子或中性原子）的二维谐波陷阱的时间相关的变换，使最终的陷阱是相对于初始的旋转，和初始陷阱的本征态被转换成旋转的副本在最后的时间，在一些选定的时间和旋转角度。
2022-06-15 quant-ph
Efficient shortcuts to adiabatic passage for the fast populations transfer in multiparticle systems
基于腔量子电子动力学（CQED）实现多粒子系统的快速布居转移（FPT）是一个突出的挑战。本文以量子芝诺动力学（QZD）为理论基础，提出了一种基于不变量的逆工程实现多粒子系统基态FPT的捷径。数值模拟表明，该方法可以一步实现多粒子系统基态的完全布居转移，并且对腔场衰减和原子自发发射都具有较强的鲁棒性.此外，该方案不仅不需要额外的复杂条件，而且对参数的变化不敏感。
2014-03-29 quant-ph
Inverse engineering for fast transport and spin control of spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates in moving harmonic traps
研究了可调谐自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体在运动简谐势阱中的快速输运和自旋操纵。受“绝热性捷径”概念的启发，我们反设计了与时间相关的陷阱位置和自旋轨道耦合强度。通过选择适当的边界条件，我们同时得到了快速输运和自旋翻转。通过数值算例说明了非绝热输运和相应的自旋动力学，并与具有恒定自旋轨道耦合强度和速度的绝热输运进行了比较。此外，原子间相互作用引起的非线性的影响进行了讨论的Gross-Pitaevskii方法，所提出的协议的鲁棒性。这些实验结果为谐波阱中自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的相干控制奠定了基础。
2018-01-09 cond-mat.quant-gas quant-ph
Shortcuts to adiabatic passage for multiparticle in distant cavities: Applications to fast and noise-resistant quantum population transer, entangled states' preparation and transition
本文基于“Lewis-Riesenfeld不变量”方法，在远腔量子电子动力学（QED）系统中，通过构造多粒子绝热通过捷径（STAP），研究了快速抗噪声的布居转移、量子纠缠态制备和量子纠缠态跃迁。数值模拟表明，所有方案都具有快速性和对原子自发发射和光子泄漏引起的退相干的鲁棒性。此外，不仅总的操作时间，而且在每个方案的抗退相干的鲁棒性是无关的量子比特的数量。这可能会导致一个有用的一步，实现快速和抗噪声的量子信息处理在当前的技术。
2014-09-26 quant-ph
Fast and robust population transfer in two-level quantum systems with dephasing noise and/or systematic frequency errors
我们的设计，基于不变量的逆向工程，驱动场反转人口的一个两级原子在给定的时间，鲁棒性相对于退相噪声和/或系统的频率偏移。在不施加约束的情况下，最优协议对扰动不敏感，但需要无穷大的能量。对于拉比频率的约束值，平坦的$π$脉冲是对相位噪声最不敏感的协议，但对系统频率偏移不敏感，为此我们描述并优化了一系列协议。
2013-05-27 quant-ph
Engineering Entanglement: The Fast-Approach Phase Gate
最佳控制技术和快速接近方案被用来实现碰撞控制相位门的模型中的冷原子在光晶格，显着减少门时间相比，绝热演化，同时保持高保真度。给出了新的目标泛函的最佳路径的演化，产生一个控制相位门单原子拉比位移。此外，在最近的实验中，快速接近程序被用来设计一条路径，以显着提高非绝热传输的保真度。此外，相位门的纠缠功率进行了量化。
2005-05-26 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Engineering a multi-level bath for transmons with three-wave mixing and parametric drives
该研究通过参数驱动和三波混频技术，实现了超导谐振子的多级浴调控，展示了其在量子模拟中的应用潜力。
2025-05-05 quant-ph
Fast phase-modulated optical lattice for wave packet engineering
实验研究了一维光晶格中的玻色-爱因斯坦凝聚体，该凝聚体的相位调制频率大于所有特征频率。其结果是，深度的周期性的潜力是重整化的贝塞尔函数，它只依赖于调制的幅度，预测，我们已经检查了定量使用仔细的校准计划。这种重正化提供了一个有趣的工具，工程师在时间光晶格。例如，我们用它来执行同时突然$π$相移（无相位残余误差）结合晶格深度的变化，并研究随后的平衡动力学。
2018-04-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
Improving shortcuts to non-Hermitian adiabaticity for fast population transfer in open quantum systems
由于非厄米量子系统的反绝热驱动哈密顿量中含有一些不可实现的辅助控制场，因此在实验上实现非厄米量子系统绝热性的捷径仍然是一个挑战。本文放宽了构造STA的严格条件，提出了一种重新设计可实现的补充哈密顿量来构造非厄米STA的方法。重新设计的补充哈密顿量可以是对称的或非对称的。为了简洁起见，我们将该方法应用于Allen-Eberly模型作为例子，以验证优化的非厄米STA的有效性。数值模拟结果表明，在非厄米特二能级系统中可以实现超快粒子数反转。
2017-10-18 quant-ph
Pulse reverse-engineering for strong field-matter interaction
基于逆向工程的思想，我们提出了一个控制强耦合二能级量子系统演化的方案。设计了一个相干控制场，在不使用行波近似的情况下，驱动封闭和开放的二能级量子系统沿着用户预先定义的演化轨迹演化。作为具体的例子，我们表明，完全的人口反转，一个同等权重的相干叠加，甚至振荡的动态可以实现。由于对控制场与物质之间的耦合强度没有限制，该方案对于加速期望的系统动力学和快速量子信息处理等应用具有吸引力。
2020-03-03 quant-ph
Robust population transfer of spin states by geometric formalism
非耦合或弱耦合自旋态的精确布居转移对于许多量子信息处理任务是至关重要的。在本文中，我们提出了一个快速和鲁棒的计划人口转移，结合不变量为基础的逆工程和几何形式主义的鲁棒量子控制。我们的方案不受绝热条件的约束，因此可以快速实现。它还可以有效地抑制自旋系统中的主导噪声，这与快速特性一起保证了布居转移的准确性。此外，在我们的方案中的驱动哈密顿量的控制参数是很容易设计的，因为它们对应于一个三维视觉空间曲线的曲率和挠率，通过使用几何形式主义的鲁棒量子控制。通过数值模拟$^{15}$ N空位中心的基态布居转移，并与受激拉曼跃迁、受激拉曼绝热通过和传统的绝热性简化方案进行比较，验证了该方案的有效性.数值结果清楚地表明，我们的计划是优于这些以前的。
2022-05-05 quant-ph
Cavity implementation of quantum interference in a $Λ$-type atom
提出了一种在有限温度下实现$Λ$型原子与频率可调、具有预选偏振态的单模腔场耦合的量子干涉的方案。干涉辅助的人口捕获，人口反转和探测增益在一边带的Autler-Townes光谱预测某些腔谐振频率。
2000-03-24 quant-ph
Connection between inverse engineering and optimal control in shortcuts to adiabaticity
利用最优控制理论和绝热性捷径（STA）技术研究了快速高保真量子控制。三个具体的例子，包括冷原子的谐波陷阱，原子运输的移动谐波陷阱，并在耗散的存在下自旋动力学的膨胀，明确详细。使用OCT作为一个定性的指导，我们演示了STA协议设计的逆向工程方法，可以接近非常高的精度最优解建立的物理约束，通过适当的选择插值函数和可调参数的数量非常少。
2021-01-09 quant-ph
Fast transitionless expansions of Gaussian anharmonic traps for cold atoms: bang-singular-bang control
结合基于不变量的逆工程、微扰理论和最优控制理论，我们设计了高斯非谐阱中冷中性原子或离子的快速、无跃迁展开。有界的可能的陷阱频率，并使用“砰奇异砰”控制，我们发现快速的过程持续时间的连续最小时间，对应于一个纯粹的砰-砰（步进频率常数）控制。
2014-01-07 quant-ph
Fast spin control in a two-electron double quantum dot by dynamical invariants
电场的逆工程最近被提出来实现具有自旋轨道耦合的单电子量子点中的快速和鲁棒的自旋控制。本文利用基于Lewis-Riesenfeld不变量的逆工程方法设计了含时电场，实现了双电子量子点单重态-三重态子空间的快速跃迁。我们采用双模式驱动方案，直接采用刘易斯-Riesenfeld阶段，以尽量减少必要的电场设计灵活的协议，并在选定的时间尺度上进行自旋操纵。
2013-09-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal control of population transfer in Markovian open quantum systems
控制特定量子态之间布居数的转移一直是人们的兴趣所在。最近的工作是用梯度上升脉冲工程算法[1]优化封闭系统种群转移的控制律。本文研究了由二能级原子与耗散环境相互作用组成的自旋玻色子模型。通过光学控制，量子系统可以反转量子逻辑态的布居。温度在控制种群转移中起重要作用。在低温下，该对照具有积极的表现，而在高温下，它有较少的直立。我们还分析了具有最优布居转移控制的开放量子系统的退相干时间，发现这些控制可以延长相干时间。我们希望主动最优控制可以帮助量子固态工程。
2010-04-27 quant-ph
Investigation of Optical Pumping in Cesium Atoms with a Radio-Frequency Field, Using Liouville Equation
本文采用 Liouville 方程研究了铯原子在圆偏振光和射频场作用下的 Zeeman 子能级布居数演化，实现了高效率的目标布居数分布制备，可应用于多种光学实验。
2024-03-21 physics.atom-ph quant-ph
Engineering Ponderomotive Potential for Realizing $π$ and $π/2$ Bosonic Josephson Junctions
本文研究高频电磁场调制的玻色约瑟夫森结的有质动力势，在小布居数差近似下稳定 $\pi$ 相位模式，并在近似失效时发现动量缩短效应导致 $\pi/2$ 相位模式，通过经典摆映射揭示其独特性与局限性。
2024-11-25 cond-mat.quant-gas quant-ph
Fast transport of Bose-Einstein condensates in anharmonic traps
提出了一种在无剩余激发的情况下，在非谐势阱中，在原子-原子相互作用存在的情况下，在短时间内输运玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的方法。使用变分方法和逆向工程方法的组合，我们推导出一组Ermakov方程，考虑到质心运动和呼吸模式之间的耦合。通过这些方程的适当的逆工程策略，我们然后设计陷阱轨迹，以实现所需的边界条件。三次或四次非谐性的数值例子提供了快速和高保真度输运的BEC。潜在的应用是原子干涉测量和量子信息处理。
2022-10-07 cond-mat.quant-gas quant-ph
Rydberg state engineering of trapped ions
Department of Physics, Stockholm University（斯德哥尔摩大学物理系）
本文首次演示了囚禁离子不同里德伯态之间的相干布居转移，通过微波缀饰实现可调极化率和相互作用强度的本征态，并展示了零极化态与最大缀饰态之间的绝热转移。
2026-05-28 physics.atom-ph quant-ph
Fast-Forward Assisted STIRAP
我们考虑了多原子分子中选择性振动布居转移的受激拉曼绝热通道（STIRAP）和快速向前场（FFF）联合控制。使用这种组合控制方案的动机是双重的：（i）克服当必须限制STIRAP场和脉冲持续时间以避免激发与目标转移竞争的群体转移时发生的转移低效率，以及（ii）克服由在状态的大流形中嵌入主动驱动的状态子集导致的转移低效率。我们表明，在一个子集的状态，耦合到背景状态，STIRAP和FFF的组合，不单独产生的过程，是有竞争力的所需的人口转移可以产生更大的人口转移效率比普通STIRAP具有类似的场强和/或脉冲持续时间。我们考虑的载体是提高HNC在驱动基态-基态非旋转HCN/HNC异构化反应中的产率和非旋转SCCl $_2$中一对近简并态之一的选择性布居。
2014-10-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Second order gradient ascent pulse engineering
我们报告了一些改进的梯度上升脉冲工程（GRAPE）算法的量子系统的最优控制。其中包括更精确的梯度、使用BFGS准牛顿算法的收敛加速以及更快的控制导数计算算法。在所有的测试系统中，挂钟时间和收敛速度显示出相当大的改善近似梯度上升。
2011-06-23 math-ph math.MP quant-ph
Engineering interactions shape in resonantly driven bosonic gas
Jagiellonian University（雅盖隆大学）
本研究通过共振驱动的玻色气体工程相互作用，模拟具有长程相互作用的双组分原子混合物。
2026-02-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
