Broadband Geodesic Pulses for Three Spin Systems: Time-Optimal Realization of Effective Trilinear Coupling Terms and Indirect SWAP Gates
宽带实现的时间最优测地线脉冲元素的有效创建的有效三线性耦合项的自旋系统由三个弱耦合自旋1/2。基于这些脉冲元素，间接SWAP操作的时间最佳实施的实验证明。基于宽带测地序列的间接SWAP门的持续时间比传统方法减少了42.3%。
2003-05-08 quant-ph
Optimal control of an inhomogeneous spin ensemble coupled to a cavity
我们将最优控制技术应用于耦合到腔的非均匀自旋系综。提出了一个通用的程序设计的控制策略。我们数值上显示了最优控制领域对系统不确定性的鲁棒性有助于提高检测过程的灵敏度的程度。数值模拟的参数取自最近的电子自旋共振实验。低和高协同制度进行了探讨。
2018-07-04 quant-ph
Sub-Riemannian Geometry and Time Optimal Control of Three Spin Systems: Quantum Gates and Coherence Transfer
在核磁共振光谱学中的许多相干转移实验，涉及耦合自旋网络，使用临时自旋去耦来产生所需的有效哈密顿量。在本文中，我们表明，显着的时间可以节省在产生一个有效的哈密顿量，如果避免自旋去耦。我们提供了时间最优脉冲序列产生一类重要的有效哈密顿在三个自旋网络。这些有效的哈密顿量对于核磁共振量子计算中的相干传输实验和量子逻辑门的实现是有用的。它表明，计算这些时间最优的脉冲序列可以减少到几何问题，涉及计算齐次空间上的次黎曼测地线。
2001-06-17 quant-ph
Time-optimal selective pulses of two uncoupled spin 1/2 particles
研究了两个非耦合自旋1/2粒子选择控制的时间最优解。利用庞特里亚金最大值原理，我们推导出了两个不同偏移量的自旋的全局时间最优脉冲。我们证明了庞特里亚金哈密顿量可以写成一维有效哈密顿量。最优域可以用椭圆积分解析表示。时间最优控制问题解决的选择性反演和励磁过程。对于特定的偏移阈值，控制场的结构发生分叉。特别是，我们表明，对于小的偏移量，最佳的解决方案是串联的定期和奇异极值。
2018-10-16 quant-ph
Optimal 1->M universal quantum cloning via spin networks
我们提出了一个方案，通过自旋星网络的自由动力学演化，将1个量子比特转换为M个具有最佳保真度的相同副本。我们表明，海森堡XXZ耦合可以完成的挑战。详细讨论了复制机的初态和自旋哈密顿量的参数。此外，我们还提出了一种可行的方法来准备的初始状态的复印机。
2007-05-18 quant-ph
Simultaneous time-optimal control of the inversion of two spin 1/2 particles
我们分析了双自旋系统的同时时间最优控制。这两个非耦合自旋的化学偏移值不同，它们受相同的磁场控制。使用适当的旋转框架，我们限制的情况下，相反的转变的研究。然后我们证明，旋转坐标系中反转问题的最佳解由最大强度的脉冲序列组成，并且类似于实验室坐标系中使用非共振控制场仅反转一个自旋的最佳解。使用核磁共振技术实验实现了一个例子。
2010-09-06 quant-ph
Analogy between optimal spin estimation and interferometry
最佳自旋状态估计方案被认为是类似于干涉测量中的相位检测。最近报道的相干测量产生N粒子系统的平均保真度（N+1）/（N+2）对应于相位分辨率1/ \sqrt{N}的标准极限。它提供了不相干测量时，每个粒子被单独检测和信息被最佳使用的界限。对于特定的状态，在量子理论中可以改进到1/N。最好的结果是结合连续相干测量分数组的粒子。
1999-11-16 quant-ph
Selective and Robust Time-Optimal Rotations of Spin Systems
研究了具有不同偏移量的自旋1/2粒子的选择性鲁棒时间最优旋转控制问题。为此，庞特里亚金最大值原理被应用到一个模型的两个自旋，这是足够简单的解析计算和足够复杂的描述不均匀性的影响。我们发现，选择性和鲁棒控制分别描述的奇异和规则的轨迹。使用几何分析与数值模拟相结合，我们确定不同的控制问题的最优解。选择性和鲁棒控制可以推导出解析没有数值优化。我们展示了核磁共振中几种标准控制机制的最优性，但也设计了新的鲁棒控制。
2021-01-13 quant-ph
Robust Entanglement in Anti-ferromagnetic Heisenberg Chains by Single-spin Optimal Control
我们演示了如何接近完美的纠缠（实际上任意接近最大纠缠）可以产生之间的反铁磁各向同性海森堡链的长度$N$，从基态的$N/2$激发子空间，通过施加沿给定方向的磁场，作用于一个单一的自旋。使用最优控制理论计算长度为20的链的时间最优磁场以在链的两个末端自旋之间产生单重对。在各种非理想的情况下，包括热波动，磁场泄漏，随机系统耦合和退相干的最佳领域仍然有效。此外，通过在优化中考虑这些缺陷，可以大大提高所产生的纠缠的质量。特别地，给定热初始状态的最佳脉冲对于具有较低温度的任何其它初始热状态也是最佳的。
2010-03-13 quant-ph
Time optimal control in coupled spin systems: a second order analysis
本文研究了核磁共振波谱、量子信息和计算中耦合自旋动力学的时间最优控制问题。时间最优控制有助于最小化松弛损失。在这些问题中，合成局部幺正的能力比耦合的演化快得多，给出了一个自然的时间尺度分离。演化生成元$\g$被分解为快生成元$\k$（局部哈密顿量）和慢生成元$\p$（耦合），称为Cartan分解$\g = \p \oplus \k$ .利用这种分解，我们利用一些凸性的想法来完全刻画这些问题的可达集和时间最优控制。在本文中，我们进行了时间最优性的二阶分析。
2017-09-03 quant-ph
Preparing spin-squeezed states in Rydberg atom arrays via quantum optimal control
通过量子最优控制方法，实现Rydberg原子阵列中高度自旋压缩态的制备，显著提升量子计量学性能。
2025-11-28 quant-ph
Time-optimal Control of Independent Spin-1/2 Systems under Simultaneous Control
本文导出了两个独立自旋$\frac{1}{2}$粒子的时间最优控制问题的显式解。我们的方法是基于庞特里亚金最大值原理和一种新的对称性约简技术。我们用零场核磁共振实验实现了最优控制。这揭示了与现有方法相比，$1\%$的平均选通误差和实验持续时间中$70 \%$到$80$ $\%$的减少。这是第一次在这样的系统中的时间最优控制的解析解和实验证明，它提供了一个途径，以实现更一般的量子系统的时间最优控制。
2018-10-18 quant-ph
Spin system trajectory analysis under optimal control pulses
提出了几种方法来分析，可视化和解释量子力学模拟产生的高维自旋系统的轨迹。值得注意的是，在大自旋系统中的特定观测值的期望值往往具有快速，复杂和难以解释的时间动力学，并建议精心选择的状态子空间的人口更容易分析和解释。作为所提出的方法的效用的说明，它表明，在NMR和EPR光谱中的许多最佳控制脉冲的明显的“嘈杂”的外观是一种错觉-基本的自旋动力学被证明是平滑的，有序的和非常严格的控制。
2012-12-18 quant-ph
Robust generation of logical qubit singlet states with reverse engineering and optimal control with spin qubits
提出了一种产生由自旋对构成的三个逻辑量子比特的单重态的方案。研究了逻辑量子比特的单操作和多操作，以构造有效的哈密顿量，并利用该哈密顿量，通过基于不变量的逆向工程和最优控制，得到鲁棒控制场.此外，系统误差通过周期调制进一步补偿以获得更好的鲁棒性。此外，数值模拟还显示了该协议的抗退相干性。因此，该协议为自旋系统中逻辑量子比特纠缠的产生提供了有益的前景。
2020-09-20 quant-ph
Optimal generalized quantum measurements for arbitrary spin systems
本文讨论了任意自旋J的有限个N个同调系统的正算子值测量。纯态的特征在于由SU（2 J+1）协变约束约束的布洛赫类矢量。这种表示允许通过最佳测量来实现对方程的简单描述。我们明确地找到了N=2情况下的最小POVM，N=3的严格界，并建立了任意N的分析。
1999-04-14 quant-ph
Optimal control of the signal to noise ratio per unit time for a spin 1/2 particle
我们调查的最大信噪比每单位时间，可以实现自旋1/2粒子受到周期性脉冲序列。应用最优控制技术来设计控制场和稳态位置，从而获得最佳的信噪比性能。在无界情形下给出了最优控制问题的一个完整的几何描述。我们展示了著名的恩斯特角的解决方案，这是广泛使用的光谱和医学成像应用中，在一个大的控制空间，允许使用的成形脉冲的最优性。
2014-08-13 quant-ph
Optimal quantum optical control of spin in diamond
氮空位（NV）中心自旋代表了量子信息处理的有吸引力的候选者。除了广泛使用的微波控制外，它的相干操纵也可以通过使用激光来实现，通过激发的能级来调节。然而，NV中心自旋的激发态的多能级使相干跃迁过程变得复杂，并可能影响相干操纵的保真度。本文采用最优量子控制策略，利用激光加速NV中心自旋基态流形中的相干态转移。结果表明，在速度和保真度的相干态转移的性能，这将是有用的，在金刚石NV中心自旋的光学控制。
2022-04-29 quant-ph
Time-optimal rotation of a spin 1/2: application to the NV center spin in diamond
研究了自旋为1/2 [U]的时间最优Bang-Bang控制的适用性。Boscain和P. Mason，J. Math. Phys.{ \bf 47}，062101（2006）]中的方法来旋转金刚石中的氮空位（NV）中心的电子自旋。NV中心的自旋是一个三能级系统，其中两个能级形成一个相关的量子比特子空间，时变磁控制场在其中执行旋转，第三个能级是空闲的。我们发现，bang-bang控制协议减少了20- 25%的旋转时间相比，传统的振荡正弦驱动。我们还发现，对于大多数值的偏置场的泄漏到空闲电平是非常小的，所以NV中心是一个合适的测试平台的时间最优协议的实验研究。然而，对于偏置场的某些特定值，不希望的泄漏大大增加。我们证明，这是由共振与高次傅立叶谐波的bang-bang驱动场。
2011-02-01 quant-ph
Auxiliary matrix formalism for interaction representation transformations, optimal control and spin relaxation theories
辅助矩阵指数方法被用来推导简单和数值有效的以下，历史上相当繁琐和难以计算，理论方法的一般表达式：（1）平均哈密顿理论以下的相互作用表示变换;（2）布洛赫-Redfield-Wangsness理论的核和电子弛豫;（3）梯度上升脉冲工程版本的量子最优控制理论。在自旋动力学的背景下，辅助矩阵指数的方法是更有效的比基于矩阵分解的方法，也表现出更有利的复杂性缩放的哈密顿矩阵的维度。
2015-07-24 quant-ph
Optimal Algorithmic Cooling of Spins
自旋的电磁冷却（AC）可能是量子计算设备在不久的将来的第一个应用。简单的量子算法结合新颖的熵操纵可以产生一种改进分子识别的方法。我们在这里介绍几个新的穷举冷却算法，如Tribonacci和k-bonacci算法。特别是，我们提出了“所有bonacci”算法，它似乎达到最大程度的冷却可获得的最佳AC方法。
2007-11-19 quant-ph
Optimal entanglement witnesses in a split spin-squeezed Bose-Einstein condensate
如何使用分裂多体系统和对每一方的集体测量来检测两体场景中的量子相关性？我们解决这个问题，得出纠缠证人使用无论是第一或第一和第二阶矩的本地集体自旋组件。在这两种情况下，我们得到了最佳证人的空间分裂自旋压缩态的存在下，本地白噪声。然后，我们比较了两个最佳的证人，他们的阻力，以各种噪声源的准备工作或在检测水平。最后，我们评估所需的统计，以估计这些证人的价值时，测量分裂自旋压缩玻色-爱因斯坦凝聚体。我们的结果可以被看作是一个步骤贝尔测试与多体系统。
2017-02-28 quant-ph
The quantum systems control and the optimal control theory
量子系统控制的数学理论是基于最优控制理论的一些思想。这些想法在这里发展应用于这些系统。所得结果弥补了控制综合方法在基础和算法上的不足，拓展了控制综合方法的应用范围。
2008-05-22 quant-ph
A Quantum Langevin Formulation of Risk-Sensitive Optimal Control
在本文中，我们制定了一个风险敏感的最优控制问题的连续监测开放量子系统的量子朗之万方程建模。最优控制器表示在一个修改后的条件状态，我们称之为风险敏感状态，这代表了测量知识的控制目的锻炼。最优控制器的两个组成部分之一是动态的，一个计算风险敏感状态的过滤器。第二个组成部分是一个最佳的控制反馈函数，通过求解动态规划方程。最优控制器可以使用经典电子学来实现。用一个二能级原子的反馈控制的例子来说明的想法。
2005-03-29 quant-ph
Exact solutions for time-optimal control of spin I=1 by NMR
本文用NMR研究了自旋I=1的四极核的时间最优控制问题。与基于选择性脉冲的传统方法相比，该控制使用由自由演化间隔分隔的非选择性脉冲来实现。利用Cartan分解，得到求控制场参数的方程组。对重要的单量子门（选择性旋转和量子傅里叶变换）找到了部分时间最优解，并观察到最小实现时间与门的全局相位的强相关性。最小时间的解析值与数值结果一致。
2015-06-04 quant-ph
Analytical solutions for optimal photon absorption into inhomogeneous spin memories
本文研究了非均匀展宽自旋系综与单模腔耦合的量子电动力学模型，在Schrödinger绘景中无需微扰理论求解最优光子吸收，通过调制谐振器频率和耦合速率，实现了单光子输入脉冲下大于$99\%$的成功吸收概率。
2025-02-03 quant-ph
Optimal Measurements of Spin Direction
自旋-S粒子的自旋方向的测量的准确性的特征在于，对于任意的半积分S。测量引起的干扰也被表征。该方法是基于在以前的几篇关于联合测量的位置和动量的论文。在这些论文中，追溯和预测的错误之间的区别。追溯和预测误差的关系。研究了描述最大精度测量过程结果的POVM。结果表明，如果测量是回溯最优的，则测量值的分布由初始状态SU（2）Q函数给出。如果测量是预测最优的，则测量值的分布与最终状态SU（2）P函数有关。的一般形式的酉演化算子产生最佳测量的特点。
2000-01-23 quant-ph
Adiabatic population transfer of dressed spin states with quantum optimal control
本文报道了利用修饰自旋态进行绝热布居转移的理论研究。利用斩波随机基（CRAB）算法实现了耦合到强谐振微波场的带负电荷的金刚石氮空位中心的量子最优控制。我们表明，修饰自旋态是非常有效的抑制自旋退相绝热布居转移的影响。数值模拟还表明，基于CRAB的量子最优控制可以实现有效和鲁棒的绝热布居转移。
2019-03-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Noise-resistant optimal spin squeezing via quantum control
纠缠原子态，如自旋压缩态，代表了新一代量子传感器和原子钟的一个有前途的资源。我们证明，最优控制技术可以用来大大提高自旋压缩的程度在强相互作用的多体系统，即使在存在噪声和缺陷。具体来说，我们提出了一个协议，是强大的噪声优于传统的方法。潜在的实验实施进行了讨论。
2015-06-08 cond-mat.other quant-ph
Sensitivity threshold defines the optimal spin subset for ensemble quantum sensing
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；OQT Inc.（OQT公司）
本研究通过引入灵敏度阈值，定义了量子传感集体的最优自旋子集，实现了十倍于传统方案的灵敏度提升。
2026-08-28 physics.app-ph quant-ph
Optimal spin squeezing inequalities detect bound entanglement in spin models
我们确定了广义自旋压缩不等式的完备集。这些是纠缠标准，可用于实验检测纠缠的自旋1/2粒子系统中的自旋不能单独解决。它们也可以用来显示在几个自旋模型的热态的束缚纠缠的存在。
2008-01-18 cond-mat.other cond-mat.stat-mech quant-ph
High fidelity spin entanglement using optimal control
量子系统的精确控制对于量子器件工程是至关重要的，例如在量子信息处理、高分辨率光谱学和量子精密测量领域中所需要的。当在这样的设备中放大量子寄存器时，会出现几个挑战：在密集频谱中单独寻址量子位，同时抑制串扰，在遥远的节点之间产生纠缠，以及与不必要的相互作用解耦。最优控制的实验实现是迎接这些挑战的先决条件。使用工程微波脉冲，我们实验证明了一个原型的固态自旋量子比特系统，包括36个能级的最佳控制。自旋量子位与金刚石中的近端氮空位（NV）中心相关联。我们展示了精确的单电子自旋量子比特操作与前所未有的保真度F \approx 0.99结合在核自旋量子存储器中的电子自旋态的高效存储。将单电子自旋操作与自旋回波技术相匹配，进一步实现了高质量的双电子自旋纠缠态（F > 0.82）。采用最优控制后，保真度主要受到相干时间和不完美初始化的限制。在拥挤的8条线的频谱中串扰的误差以及有源偶极耦合的不利影响已同时被消除到前所未有的程度。最后，通过纠缠交换到核自旋，核自旋纠缠超过25 nm的长度尺度上的表现。这个实验强调了最优控制对于可扩展的室温自旋基量子信息器件的重要性。
2013-09-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal control of molecular spin qudits
我们证明，数值，操纵分子纳米磁体的自旋状态与形状的微波脉冲量子最优控制理论技术设计的可能性。可以以这种方式在比使用简单的单色共振脉冲更短的时间内执行状态到状态或全门变换。因此，这种操作速率的提高可以减轻退相干的影响。的优化协议和它们的潜力，为实际的实施所示的一个简单的分子团簇托管一个单一的Gd $^{3+}$离子的模拟。它的八个可访问级别（对应于总自旋$S=7/2$）允许对$8$级别的量子比特或三个耦合量子比特的系统进行编码。通用操作所需的所有必要的门可以使用本征耦合在这个系统中存在的最佳脉冲。最优控制技术的应用可以促进基于分子自旋量子点的量子技术的实现。
2021-11-30 physics.comp-ph quant-ph
Singular extremals for the time-optimal control of dissipative spin 1/2 particles
考虑耗散环境中自旋为1/2的粒子受磁场的时间最优控制。这个系统被用作一个说明性的例子，以显示奇异极值的量子系统的控制中的作用。我们分析一个简单的情况下，控制律是明确确定的。我们实验实现最优控制技术的核磁共振。据我们所知，这是第一个实验证明奇异极值的量子系统有界控制振幅。
2010-03-01 physics.chem-ph quant-ph
Optimal preselection and postselection in weak measurements for observing photonic spin Hall effect
光子自旋霍尔效应（SHE）在精密计量中具有巨大的应用潜力。如何获得高的测量精度是光子SHE检测的一个重要问题。在这封信中，我们建议使用最佳的预选择和后选择在弱测量，以提高测量精度。我们发现，最大的弱值和指针移位可以得到一个最佳的重叠预选和后选择状态。这些发现为提高弱测量的精度提供了可能性，从而具有准确表征纳米结构参数的可能应用。
2014-04-10 physics.optics quant-ph
Optimally Controlled Storage of a Qubit in an Inhomogeneous Spin Ensemble
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Imperial College London（帝国理工学院）
研究通过优化腔体调制，提升自旋集体中量子比特寿命，克服不均匀展宽和腔体衰减的影响。
2026-04-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optimal rectification by strongly coupled spins
本文研究了一对强耦合自旋中的热输运。特别是，我们提出了一个最佳整流条件，即，在一个方向上的热量流动和在相反方向上的完全隔离。我们表明，强耦合的形式主义是必要的正确描述热流在很宽的参数范围内，包括中度到低耦合。我们提出了一种情况下，强耦合形式主义预测最佳整流，而唯象的方法预测没有热流在任何方向上，对于相同的参数值。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal control of non-Markovian dynamics in a single-mode cavity strongly coupled to an inhomogeneously broadened spin ensemble
量子力学自旋的集合为量子存储器提供了一个有前途的平台，但正确的功能需要精确控制不可避免的系统缺陷。我们提出了一个有效的控制方案的自旋系综强耦合到一个单模腔的基础上的一组Volterra方程依赖于弱的经典控制脉冲。我们的方法的可行性证明在明确的存储和读出序列，将作为实现更苛刻的全量子力学最优控制方案的起点。
2017-10-17 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
