在大型开放量子系统中进行最佳控制:超声波读取和重置的案例

科学领域:

• 量子信息科学 量子信息科学
• 量子控制工程 量子控制工程
• 计算物理 计算物理

背景情况:

• 为大型开放量子系统优化量子控制在计算上具有挑战性.
• 在超导电路中,分散式读取和量子位重置等分散式操作通常具有低于最佳的保真度和持续时间.
• 现有的方法在复杂量子系统的可扩展性和效率方面扎.

研究的目的:

• 为解决大规模开放系统量子控制问题提供一个新的框架.
• 为了优化超导量子比特中固有的散射操作,特别是散射读取和量子比特重置.
• 为了提高准确度和减少这些关键量子操作的持续时间.

主要方法:

• 结合了辅助状态方法与反向时间反向传播,以实现高效的优化.
• 开发了一个适用于林布拉德总方程描述的大型开放量子系统的框架.
• 应用了该方法来优化传递量子比特的分散读数和所有微波重置协议.

主要成果:

• 展示了一个可扩展,计算效率高和低内存足迹的框架.
• 通过脉冲成型实现了通过脉冲成型重置transmon量子位的忠实度和持续时间的2倍改进.
• 显示在分散读取过程中添加一个transmon驱动器可以在保真度和持续时间方面获得2倍的改进.

结论:

• 开发的框架显著提高了消散量子操作的性能.
• 脉冲塑造和额外的驱动器为超导量子比特控制提供了显著的改进.
• 这种方法广泛适用于各种量子控制应用,包括错误校正和水库工程.